С химической формулой BaSO 4 . Представляет собой белый порошок без запаха, нерастворимый в воде. Его белизна и непрозрачность, а также высокая плотность определяют основные области применения.
История названия
Барий относится к щёлочноземельным металлам. Последние названы так потому, что, по словам Д. И. Менделеева, их соединения образуют нерастворимую массу земли, а окислы "имеют землистый вид". Барий в природе содержится в виде минерала барита, который представляет собой бария сульфат с различными примесями.
Впервые он был обнаружен шведскими химиками Шееле и Ганом в 1774 году в составе так называемого тяжелого шпата. Отсюда возникло и название минерала (от греч. «барис» - тяжелый), а затем и самого металла, когда в 1808 г. его выделил в чистом виде Гемфри Деви.
Физические свойства
Поскольку BaSO 4 - это соль серной кислоты, то ее физические свойства отчасти определяются самим металлом, который является мягким, химически активным и серебристо-белым. Природный барит бесцветен (иногда белый) и прозрачен. Химически чистый BaSO 4 имеет цвет от белого до бледно-желтого, он негорючий, с температурой плавления 1580°С.
Какая масса сульфата бария? Молярная масса его равна 233,43 г/моль. Он обладает необычайно высоким удельным весом - от 4,25 до 4,50 г/см 3 . Учитывая нерастворимость в воде, высокая плотность делает его незаменимым в качестве наполнителя водных буровых растворов.
Химические свойства
BaSO 4 - это одно из самых труднорастворимых в воде соединений. Его можно получить из двух хорошо растворимых солей. Возьмем водный раствор натрия сульфата - Na 2 SO 4 . Его молекула в воде диссоциирует на три иона: два Na + и один SO 4 2- .
Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 2-
Возьмем также водный раствор хлорида бария - BaCl 2 , молекула которого диссоциирует на три иона: один Ba 2+ и два Cl - .
BaCl 2 → Ba 2+ + 2Cl -
Смешаем водный раствор сульфата и смесь, содержащую хлорид. Бария сульфат образуется в результате соединения в одну молекулу двух ионов с одинаковым по величине и противоположным по знаку зарядом.
Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4
Ниже вы можете увидеть полное уравнение этой реакции (так называемое молекулярное).
Na 2 SO 4 + BaCl 2 → 2NaCl + BaSO 4
В результате образуется нерастворимый осадок сульфата бария.
Товарный барит
На практике исходным сырьем для получения товарного сульфата бария, предназначенного для использования в буровых растворах при бурении нефтегазовых скважин, является, как правило, минеральный барит.
Термин "первичный" барит относится к товарной продукции, которая включает в себя сырой материал (получаемый из шахт и карьеров), а также продукты простого обогащения такими методами, как промывка, осаждение, сепарация в тяжелых средах, флотация. Большая часть сырого барита требует доведения его до минимальной чистоты и плотности. Минерал, который используется в качестве наполнителя, измельчают и просеивают до однородного размера так, чтобы, по меньшей мере, 97 % его частиц имели размер до 75 мкм, и не более 30 % были менее 6 мкм. Первичный барит также должен быть достаточно плотным, чтобы его удельный вес составил 4,2 г/см 3 или выше, но при этом достаточно мягким, чтобы не повредить подшипники.
Получение химически чистого продукта
Минеральный барит зачастую загрязнен различными примесями, в основном оксидами железа, окрашивающими его в различные цвета. Он обрабатывается карботермическим способом (нагревом с коксом). В результате получается сульфид бария.
BaSO 4 + 4 С → BaS + 4 СО
Последний, в отличие от сульфата, растворим в воде и легко реагирует с кислородом, галогенами и кислотами.
BaS + Н 2 SO 4 → BaSO 4 + Н 2 S
Чтобы получить высокочистый выходной продукт, используется серная кислота. Сульфат бария, образуемый по такому процессу, часто называют бланфиксом, что в переводе с французского означает "белый фиксированный". Он часто встречается в потребительских продуктах, таких как краски.
В лабораторных условиях сульфат бария образуется путем объединения в растворе ионов бария и сульфат-ионов (см. выше). Поскольку сульфат является наименее токсичной солью бария из-за ее нерастворимости, отходы, содержащие другие его соли, иногда обрабатывают сульфатом натрия, чтобы связать весь барий, являющийся достаточно токсичным.
Из сульфата в гидроксид и обратно
Исторически барит использовался для производства гидроксида бария Ba(OH) 2 , необходимого при рафинировании сахара. Это вообще очень интересное и широко используемое в промышленности соединение. Оно хорошо растворимо в воде, образует раствор, известный как баритовая вода. Ее удобно использовать для связывания сульфат-ионов в различных составах путем образования нерастворимого BaSO 4 .
Выше мы видели, что при нагреве в присутствии кокса из сульфата легко получить водорастворимый сульфид бария - BaS. Последний же при взаимодействии с горячей водой образует гидроксид.
BaS + 2H 2 O → Ba(OH) 2 + H 2 S
Гидроксид бария и сульфат натрия, взятые в растворах, при смешивании дадут нерастворимый осадок сульфата бария и едкий натрий.
Ba(OH) 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 + 2NaOH
Получается, что природный бария сульфат (барит) промышленным способом сначала превращается в бария гидроксид, а затем служит для получения того же сульфата при очистке различных солевых систем от сульфат-ионов. Точно так же будет проходить реакция и при очистке от ионов SO 4 2- раствора сернокислой меди. Если сделать смесь "гидроксид бария + сульфат меди", то в результате получится гидроксид меди и нерастворимый бариевый сульфат.
CuSO 4 + Ba(OH) 2 → Cu(OH) 2 + BaSO 4 ↓
Даже в реакции с самой серной кислотой ее сульфат-ионы будут полностью связаны барием.
Использование в буровых растворах
Около 80 % мирового производства сульфата бария, очищенного и измельченного барита, потребляется в качестве компонента буровых растворов при создании нефтегазовых скважин. Добавка его увеличивает плотность жидкости, закачиваемой в скважину, с целью лучшего сопротивления высокому пластовому давлению и предотвращения прорывов.
Когда скважина бурится, долото проходит через различные образования, каждое из которых имеет свои характеристики. Чем больше глубина, тем больший процент барита должен присутствовать в структуре раствора. Дополнительным преимуществом является то, что бария сульфат - немагнитное вещество, поэтому он не мешает проведению различных измерений в скважине с помощью электронных устройств.
Лакокрасочная и бумажная промышленность
Большая часть синтетического BaSO 4 используется в качестве компонента белого пигмента для красок. Так, бланфикс в смеси с двуокисью титана (TiO 2) продается в качестве белой масляной краски, применяемой в живописи.
Сочетание BaSO 4 и ZnS (сульфид цинка) дает неорганический пигмент, который называется литопоном. Он используется в качестве покрытия для определенных сортов фотобумаги.
Совсем недавно бария сульфат был применен для осветления бумаги, предназначенной для струйных принтеров.
Применение в химической промышленности и цветной металлургии
В производстве полипропилена и полистирола BaSO 4 используют в качестве наполнителя в пропорции до 70 %. Он имеет эффект увеличения стойкости пластмасс к кислотам и щелочам, а также придает им непрозрачность.
Он также используется для производства других соединений бария, в частности его карбоната, который применяется для изготовления светодиодного стекла для телевизионных и компьютерных экранов (исторически в электронно-лучевых трубках).
Формы, используемые в отливке металлов, часто покрывают бария сульфатом для предотвращения сцепления с расплавленным металлом. Так поступают при изготовлении анодных медных пластин. Их отливают в медные изложницы, покрытые слоем сульфата бария. Когда жидкая медь затвердевает в виде готовой анодной пластины, она может быть легко извлечена из литейной формы.
Пиротехнические устройства
Поскольку соединения бария испускают зеленый свет при горении, то соли этого вещества часто используются пиротехнических формулах. Хотя нитрат и хлорат являются более распространенными, чем сульфат, последний широко используется в качестве компонента пиротехнических стробоскопов.
Рентгеноконтрастный препарат
Бария сульфат является рентгеноконтрастным агентом, используемым для диагностики определенных медицинских проблем. Так как подобные вещества являются непрозрачными для рентгеновских лучей (блокируют их в результате своей высокой плотности), то области тела, в которых они локализуются, появляются как белые участки на рентгеновской пленке. Это создает необходимое различие между одним (диагностируемым) органом и другими (окружающими его) тканями. Контраст поможет врачу увидеть любые особые условия, которые могут существовать в этом органе или части тела.
Бария сульфат принимается через рот или ректально при помощи клизмы. В первом случае он делает пищевод, желудок или тонкий кишечник непрозрачным для рентгеновских лучей. Таким образом, они могут быть сфотографированы. Если вещество введено при помощи клизмы, то толстую кишку или кишечник можно увидеть и зафиксировать рентгеновскими лучами.
Доза сульфата бария будет разной для разных пациентов, все зависит от типа теста. Препарат выпускается в виде специальной медицинской бариевой суспензии или в таблетках. Различные тесты, при которых нужен контраст и рентгеновское оборудование, требуют различного количества суспензии (в некоторых случаях необходим прием препарата в форме таблетки). Контрастное вещество должно использоваться только под непосредственным контролем врача.
БАРИЯ СОЕДИНЕНИЯ , в соответствии с положением бария в щелочноземельной подгруппе II группы Менделеевской системы, имеют двухзарядный ион Ва ∙∙ (кроме перекиси бария ВаO 2). Для соединений бария характерен высокий удельный вес, бесцветность, если анионы не окрашены, зеленая окраска пламени и малое количество комплексных соединений. Технически наиболее важны окись и перекись, нерастворимые соли: углекислый, сернокислый и хромовокислый барий и растворимые соли: азотнокислый, хлористый барий и др. Растворимые соли бария ядовиты. Количественно барий определяют в виде BaSО 4 , но в виду чрезвычайной мелкости осадков, полученных при низкой температуре, необходимо осаждение вести из кипящего, слабо подкисленного соляной кислотой раствора. Если в растворе находится азотная кислота , часть осадка переходит в раствор. Кроме того, осадок BaSО 4 может увлечь вследствие адсорбции часть солей . Для отделения от стронция барий осаждают в виде BaSiF 6 . Если соединения бария нерастворимы, то их сплавляют с углекислым калием-натрием и после отмывания сплава водой растворяют в кислоте. Соединения бария чаще всего встречаются в виде минерала барита ; гораздо реже встречается витерит - углекислый барий.
Окись бария ВаО - белое твердое вещество, кристаллизуется кубами, плотность 5,72-5,32, температура плавления 1580°, образует кристаллический гидрат по формуле:
ВаО + 9Н 2 О = Ва(ОН)2 ∙ 8Н 2 О.
Окись бария сравнительно хорошо растворима: при 0° - 1,5 ч. в 100 ч. воды; при 10° - 2,2 ч., при 15° - 2,89 ч., при 20° - 3,48 ч., при 50° - 11,75 ч., при 80° - 90,77 ч. Окись бария получают из азотнокислого бария прокаливанием; при этом получается пористый продукт, пригодный для изготовления из него перекиси. Нагревание ведут в тиглях, в муфельной печи, вначале очень осторожно, чтобы тигли не лопнули. Выделение окислов азота начинается через 4 часа, но для их окончательного удаления тигли прокаливаются в течение нескольких часов при белом калении (окислы азота на 30% можно использовать для получения азотной кислоты). Продукт очень дорог, т. к. дороги: исходный материал, тигли, которые годны лишь на один раз, топливо и т. д. Добывание из витерита окиси бария (ВаСО 3 = ВаО + СО 2) гораздо труднее, чем обжигание извести, т. к. очень легко происходит обратное присоединение СО 2 ; поэтому к витериту примешивают уголь, чтобы СО 2 перешла в СО. Если желательно получить пористый продукт, то необходимо строго придерживаться температуры обжига. Для предохранения от спекания часто прибавляют азотнокислый барий, уголь, деготь или карбид бария, т. е.
ВаСО 3 + Ba(NО 3) 2 + 2С = 2ВаО+ 2NО 2 + 3СО
ЗВаСО 3 + ВаС 2 = 4ВаО + 5СО.
Кроме того, необходимо в возможной мере предохранить продукт от спекания со стенками тигля и от влияния горячих газов. Прокаливание в шахтных печах дает очень чистый продукт (95%) в том случае, если печь построена из материала высокого качества и нагревание ведется генераторным газом, позволяющим точно регулировать температуру. В Италии применяют нагревание в электрических печах, но, по-видимому, при этом получается «оксикарбид» и «бариундум», который, кроме 80-85% окиси бария, содержит 10-12% карбида и 3-5% цианистого бария.
Водная окись бария, едкий барит Ва(ОН) 2 , образует прозрачные моноклинные кристаллы
Ва(ОН) 2 ∙ 8Н 2 0,
теряющие последнюю молекулу воды лишь при темно-красном калении; при светло-красном калении получается ВаО, а при накаливании в струе воздуха - перекись бария. Раствор едкого бария - сильная щелочь - поглощает СО 2 из воздуха, образуя нерастворимую СаСО 3 . В 100 г раствора заключается: при 0° - 1,48 г ВаО, при 10° - 2,17, при 15° - 2,89, при 20° - 3,36, при 50° - 10,5, при 80° - 4,76. Едким баритом пользуются для поглощения СО 2 , добывания едких щелочей из сернокислых, выделения сахара из патоки и т. п. Едкий барит можно получить, прокаливая витерит при пропускании водяного пара, однако проще обжечь ВаСО 3 и действовать на ВаО водой; или же смесь 60% ВаО и 40% BaS, полученную прокаливанием BaSО 4 с углем, растворяют в воде, причем получается Ва(ОН) 2 не только из ВаО, но и из значительной части BaS за счет гидролиза:
2BaS + 2HOH = Ba(OH) 2 + Ba(SH) 2 .
Выкристаллизованное вещество содержит всего 1% примесей. Старыми приемами прибавления к BaS окисей железа или цинка теперь не пользуются. Предложено также получать едкий барит электролизом хлористого бария или хлорноватокислого и хлорнокислого бария в присутствии осадка ВаСО 3 , который растворяется кислотой, образующейся на аноде.
Перекись бария ВаО 2 - белые, перламутрообразные сростки мельчайших кристаллов, очень слабо растворимые в воде (всего 0,168 ч. в 100 ч. воды). Для получения перекиси окись бария нагревают в наклонных трубах или в особых муфелях, которые можно точно держать при желательной температуре (500-600°), причем нагнетается воздух, очищенный от СО 2 и влаги. Самую чистую перекись получают в виде квадратных кристаллов ВаО 2 ∙ 8Н 2 О, для чего сначала растирают техническую перекись с водой, переводят в раствор прибавлением слабой соляной кислоты и осаждают раствором едкого барита или просто прибавляют в 10 раз большее количество 8%-ного раствора барита. Наиболее чистая перекись - серовато-зеленоватая спекшаяся масса, нерастворимая в воде, но взаимодействующая с угольным ангидридом. При накаливании ВаО 2 разлагается на ВаО и кислород. Упругость кислорода над ВаО 2 при 555° - 25 мм, при 790° - 670 мм. Порошок перекиси может способствовать воспламенению волокнистых материалов. В продаже встречаются: лучший сорт - с 90% ВаО 2 и средний - с 80-85%, причем главной примесью является ВаО. Содержание ВаО 2 определяют титрованием 1/10 N-ным КМnO 4 раствора ВаО 2 в очень слабой холодной соляной кислоте (удельный вес 1,01-1,05), осадив предварительно ионы бария слабой серной кислотой. Можно также титровать выделенный перекисью бария из йодистого калия йодсерноватистокислым натрием. Перекись бария применяют для добывания перекиси водорода (причем одновременно получают прочнее белила «бланфикс») и для приготовления дезинфицирующих веществ.
Барий азотистокислый Ba(NО 2) 2 ∙ Н 2 О - гексагональные бесцветные шестигранные призмы, температура плавления 220°. При 0° в 100 ч. воды растворяются 58 ч., при 35° - 97 ч. Добывается путем внесения раствора азотистокислого натрия (360 ч. 96%-ного NaNО 2 в 1000 ч. воды) в смесь 360 ч. NaNО 2 и 610 ч. ВаСl 2 . При высокой температуре выкристаллизовывается NaCl, при дальнейшем охлаждении - Ba(NО 2) 2 .
Барий азотнокислый Ba(NО 3) 2 - бесцветные прозрачные октаэдры, плавятся при 375°; в 100 ч. воды растворимы при 10° - 7 ч., при 20° - 9,2 ч., при 100° - 32,2 ч. При нагревании переходит сначала в азотистокислый барий, а затем в окись бария. Применяется: 1) для приготовления перекиси бария, 2) для зеленых огней в фейерверках, 3) для некоторых взрывчатых веществ. Добывается: 1) обменным разложением при внесении теоретического количества натриевой селитры в горячий раствор хлористого бария (30° Вѐ) и последующей перекристаллизацией, 2) взаимодействием витерита или сернистого бария с азотной кислотой, 3) нагреванием кальциевой селитры с техническим углекислым барием.
Барий марганцевокислый - марганцевая зелень, кассельская зелень, розенштилева зелень. ВаМnO 4 - прочная зеленая краска, пригодная для фресковой живописи; получается прокаливанием смеси соединений бария (едкого барита, азотнокислого бария или перекиси бария) и марганца (двуокиси или окиси).
Барий сернистый BaS - сероватая пористая масса, легко окисляющаяся и притягивающая угольный ангидрид и воду; водой разлагается. Применяется для изготовления большинства бариевых соединений (литопон, прочные белила и т. п.), для выделения сахара из патоки и сгонки шерсти со шкур (депилаторий). Для добывания пользуются прокаливанием смеси тяжелого шпата с углем при 600-800°:
BaS O 4 + 2C = 2C O 2 + BaS,
тогда как при более высокой температуре тратится вдвое больше угля. Основным условием является тесное соприкосновение угля и шпата, что достигается перемалыванием шпата с 30-37% каменного угля и водой во вращающихся мельницах. Обжиг ведется во вращающихся печах, подобных тем, что применяются для цемента или в содовом производстве, причем за короткими печами нужно ставить пыльную камеру для осаждения дыма и сажи. Полученный продукт содержит 60-70% веществ, растворимых в воде, 20-25 % - растворимых в кислотах и 5% остатка. Полученный продукт раскаленным бросают в воду или в водный раствор 1-2% NaOH (36° Вѐ), где половина переходит в водную окись Ва(ОН) 2 , а другая - в гидросернистый Ba(SH) 2 . Этим раствором пользуются непосредственно для приготовления соединений бария (литопона и др.) или для извлечения сахара. При взаимодействии остатка с соляной кислотой получают хлористый барий. На заводах старого типа прокаливание ведут в шамотовых ретортах, равномерно охватываемых пламенем. В реторты загружают хорошо просушенные плиты из угля и шпата, замешанных на воде. Как только исчезнут огоньки горящей окиси углерода, плиты извлекают так, чтобы они попали в герметически закупориваемые железные ящики.
Барий серноватистокислый BaS 2 О 3 ∙ H 2 О образуется из сернистого бария: 1) при свободном доступе воздуха и 2) при обменном разложении с серноватистокислым натрием. Применяется для установления титров при йодометрии.
Барий сернокислый BaSО 4 , тяжелый шпат («прочные», «минеральные», «новые» и т. п. белила), чисто белый, землистый, очень тяжелый порошок, практически нерастворимый в воде и кислотах (растворимость: при 18° в 1 л воды - 2,3 мг). Природный непосредственно перемалывают. Лучшие бесцветные сорта называются «цветочным» шпатом; к желтоватым и розоватым прибавляют ультрамарин. Иногда тяжелый шпат перемалывают и прогревают с соляной кислотой для удаления железа; или же шпат сплавляют с Na 2 SО 4 и из сплава выделяют действием воды. Искусственно его получают: 1) как отброс при приготовлении перекиси водорода; 2) из хлористого бария взаимодействием: а) с серной кислотой, что дает быстро выпадающий осадок, б) с сернонатриевой Na 2 SО 4 или с серномагниевой солью MgSО 4 , что дает медленно выпадающий и обладающий большой кроющей способностью порошок; при производстве важно начисто отмыть серную кислоту; 3) из витерита; если он очень чист, его можно измельчить непосредственно действием H 2 SО 4 , но с прибавкой 2% НСl; если же витерит содержит примеси, его сначала растворяют в соляной кислоте и затем производят осаждение. Сернокислый барий применяют гл. обр. для окраски обойной цветной бумаги, картона и особенно для фотографических бумаг, для светлых масляных красок и лаковых красок из каменноугольных, при изготовлении искусственной слоновой кости и каучука, для примешивания к вводимой в желудок пище при рентгенографии.
Барий углекислый ВаСО 3 - минерал витерит (ромбические кристаллы) или искусственно полученный в виде мельчайшего осадка (удельный вес 4,3); труднее диссоциирует при прокаливании, чем СаСО 3 ; при 1100° давление СО 2 всего 20 мм. Применяется для добывания других соединений бария, при изготовлении кирпичей и терракоты , фарфора, искусственного мрамора и баритового хрусталя. Искусственно его готовят: 1) из сырого раствора сернистого бария впусканием угольного ангидрида; 2) нагреванием сернокислого бария с поташом при 5 atm давления; 3) при разложении угольным ангидридом сахарата бария.
Барий уксуснокислый Ва(С 2 Н 3 О 2) 2 ∙ Н 2 О - легко растворимые кристаллы, применяемые в красильном деле; добываются взаимодействием сернистого или углекислого натрия с уксусной кислотой.
Барий фтористый BaF 2 - белый порошок, слабо растворимый в воде, плавится при 1280°, добывается, растворением углекислого или едкого бария в HF или кипячением криолита с водной окисью бария.
Барий хлористый ВаС l 2 ∙ 2Н 2 O - бесцветные плоские ромбические пластинки (удельный вес 3,05), устойчивы на воздухе, на вкус кисловаты, ядовиты; при нагревании относительно легко теряют первую частицу воды и гораздо труднее вторую; безводный ВаСl 2 прав. системы плавится при 962°. В 100 ч. раствора содержится безводной соли:
ВаСl 2 применяется для изготовления «прочных» белил и для перевода содержащихся в керамических изделиях купоросов в нерастворимый BaSО 4 ; добывается из барита прокаливанием его с углем и хлористым кальцием в содовых печах при 900-1000° в восстановительном пламени, причем можно применять и 70%-ный раствор хлористого кальция, но лучше - твердый хлористый кальций:
BaSО 4 + 4С = BaS + 4СО;
BaS + СаС l 2 = ВаС l 2 + CaS.
При правильном производстве получается почти черный пористый продукт с 50-56% ВаСl 2 . После систематического выщелачивания соль выкристаллизовывают (предварительно пропускают струю угольного ангидрида) до полного удаления сероводорода и выпаривают в лакированных внутри сосудах. Кристаллы отделяют центрифугированием. Если же нужен безводный ВаСl 2 , то соль нагревают в сосудах с мешалками, чтобы получить очень мелкие кристаллы, которые уже затем прокаливают, причем получают 95% ВаСl 2 . Можно получать ВаСl 2 внесением порошка BaS в соляную кислоту, находящуюся в закрытых сосудах, откуда необходимо отводить выделяющийся сероводород в заводскую трубу или сжигать до SO 2 с применением последнего для серной кислоты. Конечно, гораздо выгоднее действовать соляной кислотой на ВаСО 3 .
Барий хлорноватокислый Ва(С lO 3) 2 ∙ Н 2 O - моноклинные призмы, хорошо растворимые в холодной и еще лучше в горячей воде. Легко взрывает при нагревании и при ударе, если смешан с горючим веществом. Применяется в пиротехнике для зеленого пламени. Добывается электролизом при 75° насыщенного раствора ВаСl 2 , при платиновом аноде и графитовом катоде.
Барий (лат. baryum), ba, химический элемент ii группы периодической системы Менделеева, атомный номер 56, атомная масса 137,34; серебристо-белый металл. Состоит из смеси 7 стабильных изотопов, среди которых преобладает 138 ba (71,66%). При ядерном делении урана и плутония образуется радиоактивный изотоп 140 ba, используемый как радиоактивный индикатор. Б. был открыт шведским химиком К. Шееле (1774) в виде окиси bao , названной «тяжёлой землёй», или баритом (от греч. barys - тяжёлый). Металлический. Б. (в виде амальгамы) получил английский химик Х. Дэви (1808) электролизом влажной гидроокиси ba (oh) 2 с ртутным катодом. Содержание Б. в земной коре 0,05% по массе, в свободном состоянии в природе не встречается. Из минералов Б. промышленное значение имеют барит (тяжёлый шпат) baso 4 и реже встречающийся витерит ВаСОз.
Физические и химические свойства Б. Кристаллическая. решётка Б. кубическая объёмноцентрированная с периодом а = 5,019А; плотность 3,76 г/см 3 , t пл 710°С, t kип 1637-1640°С. Б. - мягкий металл (твёрже свинца, но мягче цинка), его твёрдость по минералогической шкале 2. Б. относится к щёлочноземельным металлам и по химическим свойствам сходен с кальцием и стронцием, превосходя их по активности. Б. реагирует с большинством др. элементов, образуя соединения, в которых он, как правило, 2-валентен (на внешней электронной оболочке атома Б. 2 электрона, её конфигурация 6 s 2 ) . На воздухе Б. быстро окисляется, образуя на поверхности плёнку из окиси (а также перекиси и нитрида Ва з n з). При нагревании легко воспламеняется и горит жёлто-зелёным пламенем. Энергично разлагает воду, образуя бария гидроокись: Ва+2Н 2 o=Ва (ОН) 2 +Н 2 . Из-за химической активности Б. хранят под слоем керосина. Окись ВаО - бесцветные кристаллы; на воздухе легко переходит в карбонат baco 3 , с водой энергично взаимодействует, образуя ba (oh) 2 . Нагреванием bao на воздухе при 500°С получают перекись bao 2 , разлагающуюся при 700°С на bao и o 2 . Нагреванием перекиси с кислородом под высоким давлением получена высшая перекись bao 4 - вещество желтого цвета. разлагающееся при 50-60°С. С галогенами и серой Б. соединяется, образуя галогениды (например bacl 2) и сульфид bas, с водородом - гидрид bh 2 , бурно разлагающийся водой и кислотами. Из обычно применяемых солей Б. хорошо растворимы бария хлорид bacl 2 и др. галогениды, нитрат ba (no з) 2 , сульфид bas, хлорат ba (cl0 з) 2 , трудно растворимы - бария сульфат baso 4 , карбонат ВаСО з и хромат baco 4 .
Получение и применение Б . Основным сырьем для получения Б. и его соединений служит барит, который восстанавливают углем в пламенных печах: bas0 4 +4c=bas+4co. Образующийся растворимый bas перерабатывается на др. соли Б. Основной промышленный метод получения металлического Б. - термическое восстановление его окиси порошком алюминия: 4bao+2al=ЗВа+ВаО. al 2 o з.
Смесь нагревают при 1100-1200°С в вакууме (100 мн/м 2 , 10 -3 мм рт. ст. ) . Б. улетучивается, осаждаясь на холодных частях аппаратуры. Процесс ведут в электровакуумных аппаратах периодического действия, позволяющих последовательно проводить восстановление, дистилляцию, конденсацию и отливку металла, получая за один технологический цикл слиток Б. Двойной перегонкой в вакууме при 900°С металл очищают до содержания в нём примесей менее 1-10 -4 %.
Практическое применение металлического Б. невелико. Оно ограничено также и тем, что манипуляции с чистым Б. затруднительны. Обычно Б. или помещают в защитную оболочку из др. металла, или сплавляют с каким-либо металлом, придающим Б. стойкость. Иногда металлический Б. получают непосредственно в приборах, помещая в них таблетки из смеси окиси Б. и алюминия и проводя затем термическое восстановление в вакууме. Б., а также его сплавы с магнием и алюминием применяют в технике высокого вакуума в качестве поглотителя остаточных газов (геттера). В небольших количествах Б. применяют в металлургии меди и свинца для их раскисления, очистки от серы и газов. В некоторые антифрикционные материалы добавляют незначительное количество Б. Так, добавка Б. к свинцу заметно увеличивает твёрдость сплава, применяемого для типографских шрифтов. Сплавы Б. с никелем применяют при изготовлении электродов запальных свечей двигателей и в радиолампах.
Широко применяются соединения Б. Перекись bao 2 служит для получения перекиси водорода, для отбеливания шёлка и растительных волокон, как дезинфицирующее средство и как один из компонентов запальных смесей в алюминотермии. Сульфидом bas удаляют волосяной покров со шкур. Перхлорат ba (clo 4) 2 - один из лучших осушителей. Нитрат Ва (nО 3) 2 используют в пиротехнике. Окрашенные соли Б. - хромат ВаСгО4 (жёлтый) и манганат bamno 4 (зелёный) - хорошие пигменты при изготовлении красок. Платиноцианатом Б. ba покрывают экраны при работе с рентгеновским и радиоактивным излучением (в кристаллах этой соли под действием излучений возбуждается яркая жёлто-зелёная флуоресценция). Титанат Б. batio 3 - один из наиболее важных сегнетоэлектриков. Поскольку Б. хорошо поглощает рентгеновские лучи и гамма-излучение, его вводят в состав защитных материалов в рентгеновских установках и ядерных реакторах. Соединения Б. являются инертными носителями при извлечении радия из урановых руд. Нерастворимый сульфат Б. нетоксичен и применяется как контрастная масса при рентгенологическом исследовании желудочно-кишечного тракта. Карбонат Б. используется для уничтожения грызунов.
Лит.: Дымчишин Д. А., Производство бариевых солей, М.- Л., 1938; Беляев А. И., Металлургия легких металлов, 4 изд., М., 1954; Баранова М. К., Барий. (Обзор литературы), М., 1962.
Ю. И. Романьков.
Б. в организме. Б. присутствует во всех органах растений; его содержание в золе растения зависит от количества Б. в почве и колеблется от 0,06-0,2 до 3% (на месторождениях барита). Коэффициент накопления Б. (Б. в золе/Б. в почве) у травянистых растений равен 0,2-6, у древесных 1-30. Концентрация Б. больше в корнях и ветвях, меньше - в листьях; она увеличивается по мере старения побегов. Для животных Б. (его растворимые соли) ядовит, поэтому травы, содержащие много Б. (до 2-30% в золе), вызывают у травоядных отравление. Б. отлагается в костях и в небольших количествах в др. органах животных. Доза 0,2-0,5 г хлористого Б. вызывает у человека острое отравление, 0,8-0,9 г - смерть. Предельно допустимая концентрация Б. в воде, используемой с бытовыми целями, 4,0 г/м 3 (4,0 мг/л ) .
Барий - элемент главной подгруппы второй группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 56. Обозначается символом Ba (лат. Barium ). Простое вещество - мягкий, ковкий щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью.
История открытия барияБарий был открыт в виде оксида BaO в 1774 г. Карлом Шееле. 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.
В 1774 г. шведский химик Карл Вильгельм Шееле и его друг Юхан Готлиб Ган исследовали один из самых тяжелых минералов – тяжелый шпат BaSO 4 . Им удалось выделить неизвестную раньше «тяжелую землю», которую потом назвали баритом (от греческого βαρυς – тяжелый). А через 34 года Хэмфри Дэви, подвергнув электролизу мокрую баритовую землю, получил из нее новый элемент – барий. Следует отметить, что в том же 1808 г., несколько раньше Дэви, Йене Якоб Берцелиус с сотрудниками получил амальгамы кальция, стронция и бария. Так появился элемент барий.
Древние алхимики прокаливали BaSO 4 с деревом или древесным углем и получали фосфоресцирующие «болонские самоцветы». Но химически эти самоцветы не BaO, а сернистый барий BaS.
Происхождение названия
Своё название получил от греческого barys - «тяжёлый», так как его оксид (BaO) был охарактеризован, как имеющий необычно высокую для таких веществ плотность.
Нахождение бария в природеВ земной коре содержится 0,05% бария. Это довольно много – значительно больше, чем, скажем, свинца, олова, меди или ртути. В чистом виде в земле его нет: барий активен, он входит в подгруппу щелочноземельных металлов и, естественно, в минералах связан достаточно прочно.
Основные минералы бария – уже упоминавшийся тяжелый шпат BaSO 4 (чаще его называют баритом) и витерит BaCOз, названный так по имени англичанина Уильяма Витеринга (1741...1799), который открыл этот минерал в 1782 г. В небольшой концентрации соли бария содержатся во многих минеральных водах и морской воде. Малое содержание в этом случае плюс, а не минус, ибо все соли бария, кроме сульфата, ядовиты.
Типы месторождений барияПо 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 барияПриродный барий состоит из смеси семи стабильных изотопов: 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 135 Ba, 136 Ba, 137 Ba, 138 Ba. Последний является самым распространенным (71,66 %). Известны и радиоактивные изотопы бария, наиболее важным из которых является 140 Ba. Он образуется при распаде урана, тория и плутония.
Получение барияМеталл можно получить разными способами, в частности при электролизе расплавленной смеси хлористого бария и хлористого кальция. Можно получать барий и восстанавливая его из окиси алюмотермическим способом. Для этого витерит обжигают с углем и получают окись бария:
BaCO 3 + C → BaO + 2CO.
Затем смесь BaO с алюминиевым порошком нагревают в вакууме до 1250°C. Пары восстановленного бария конденсируются в холодных частях трубы, в которой идет реакция:
3BaO + 2Al → Al 2 O 3 + 3Ba.
Интересно, что в состав запальных смесей для алюмотермии часто входит перекись бария BaO 2 .
Получить окись бария простым прокаливанием витерита трудно: витерит разлагается лишь при температуре выше 1800°C. Легче получать BaO, прокаливая нитрат бария Ba(NO 3) 2:
2Ba (NO 3) 2 → 2BaO + 4NO 2 + O 2 .
И при электролизе и при восстановлении алюминием получается мягкий (тверже свинца, но мягче цинка) блестящий белый металл. Он плавится при 710°C, кипит при 1638°C, его плотность 3,76 г/см 3 . Все это полностью соответствует положению бария в подгруппе щелочноземельных металлов.
Известны семь природных изотопов бария. Самый распространенный из них барий-138; его больше 70%.
Барий весьма активен. Он самовоспламеняется от удара, легко разлагает воду, образуя растворимый гидрат окиси бария:
Ba + 2H 2 O → Ba (OH) 2 + H 2 .
Водный раствор гидрата окиси бария называют баритовой водой. Эту «воду» применяют в аналитической химии для определения CO 2 в газовых смесях. Но это уже из рассказа о применении соединений бария. Металлический же барий практического применения почти не находит. В крайне незначительных количествах его вводят в подшипниковые и типографские сплавы. Сплав бария с никелем используют в радиолампах, чистый барий – только в вакуумной технике как геттер (газопоглотитель).
Металлический барий получают из оксида восстановлением алюминием в вакууме при 1200-1250°С:
4BaO + 2Al = 3Ba + BaAl 2 O 4 .
Очищают барий перегонкой в вакууме или зонной плавкой.
Получение титана бария. Получить его сравнительно просто. Витерит BaCO 3 при 700...800°C реагирует с двуокисью титана ТЮ 2 , получается как раз то, что нужно:
BaCO 3 + TiO 2 → BaTiO 3 + CO 2 .
Осн. пром. метод получения металлического бария из ВаО - восстановление его порошком А1: 4ВаО + 2А1 -> ЗВа + ВаО*А1 2 О 3 . Процесс проводят в реакторе при 1100-1200 °С в атмосфере Аг или в вакууме (последний способ предпочтителен). Молярное соотношение ВаО:А1 составляет (1,5-2):1. Реактор помещают в печь так, чтобы температура его "холодной части" (в ней конденсируются образующиеся пары бария) была около 520°С Перегонкой в вакууме барий очищают до содержания примесей менее 10~ 4 % по массе, а при использовании зонной плавки - до 10~ 6 %.
Небольшие кол-ва бария получают также восстановлением ВаВеО 2 [синтезируемого сплавлением Ва(ОН) 2 и Ве(ОН) 2 ] при 1300°С титаном, а также разложением при 120°С Ba(N 3) 2 , образующегося при обменных р-циях солей бария с NaN 3 .
Ацетат Ва(ООССН 3), - бесцв. кристаллы; т. пл. 490°С (с разл.); плотн. 2,47 г/см 3 ; раств. в воде (58,8 г в 100 г при 0°С). Ниже 25 °С из водных р-ров кристаллизуется тригидрат, при 25-41 °С - моногидрат, выше 41 °С- безводная соль. Получают взаимод. Ва(ОН) 2 , ВаСО 3 или BaS с СН 3 СО 2 Н. Применяют как протраву при крашении шерсти и ситца.
Манганат(VI) ВаМnО 4 - зеленые кристаллы; не разлагается до 1000°С. Получают прокаливанием смеси Ba(NO 3) 2 с МnО 2 . Пигмент (касселева, или марганцовая, зелень), обычно используемый для фресковой живописи.
Хромат(VI) ВаСrO 4 - желтые кристаллы; т. пл. 1380°С; - 1366,8 кДж/моль; раств. в неорг. к-тах, не раств. в воде. Получают взаимод. водных р-ров Ва(ОН) 2 или BaS с хроматами(VI) щелочных металлов. Пигмент (баритовый желтый) для керамики. ПДК 0,01 мг/м 3 (в пересчете на Сг0 3). Пирконат ВаZrО 3 -бесцв. кристаллы; т. пл. ~269°С; - 1762 кДж/моль; раств. в воде и водных р-рах щелочей и NH 4 HCO 3 , разлагается сильными неорг. к-тами. Получают взаимод. ZrO 2 с ВаО, Ва(ОН) 2 или ВаСО 3 при нагревании. Цирконат Ва в смеси с ВаТiO 3 -пьезоэлект-рик.
Бромид ВаВr 2 - белые кристаллы; т. пл. 847°С; плотн. 4,79 г/см 3 ; -757 кДж/моль; хорошо раств. в воде, метаноле, хуже - в этаноле. Из водных р-ров кристаллизуется дигидрат, превращающийся в моногидрат при 75°С, в безводную соль - выше 100°С В водных р-рах взаимод. с СО 2 и О 2 воздуха, образуя ВаСО 3 и Вr 2 . Получают ВаВr 2 взаимод. водных р-ров Ва(ОН) 2 или ВаСО 3 с бромистоводородной к-той.
Иодид ВаI 2 - бесцв. кристаллы; т. пл. 740°С (с разл.); плотн. 5,15 г/см 3 ; . -607 кДж/моль; хорошо раств. в воде и этаноле. Из горячих водных р-ров кристаллизуется дигидрат (обезвоживается при 150°С), ниже 30 °С - гексагидрат. Получают ВаI 2 взаимод. водных р-ров Ва(ОН) 2 или ВаСО 3 с иодистоводородной к-той.
Физические свойства барияБарий - серебристо-белый ковкий металл. При резком ударе раскалывается. Существуют две аллотропные модификации бария: до 375 °C устойчив α-Ba с кубической объемно-центрированной решеткой (параметр а = 0,501 нм), выше устойчив β-Ba.
Твердость по минералогической шкале 1,25; по шкале Мооса 2.
Хранят металлический барий в керосине или под слоем парафина.
Химические свойства барияБарий - щёлочноземельный металл. Интенсивно окисляется на воздухе, образуя оксид бария BaO и нитрид бария Ba 3 N 2 , а при незначительном нагревании воспламеняется. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид бария Ba(ОН) 2:
Ba + 2Н 2 О = Ba(ОН) 2 + Н 2
Активно взаимодействует с разбавленными кислотами. Многие соли бария нерастворимы или малорастворимы в воде: сульфат бария BaSO 4 , сульфит бария BaSO 3 , карбонат бария BaCO 3 , фосфат бария Ba 3 (PO 4) 2 . Сульфид бария BaS, в отличие от сульфида кальция CaS, хорошо растворим в воде.
Прир. барий состоит из семи стабильных изотопов с мае. ч. 130, 132, 134-137 и 138 (71,66%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 1,17-10 28 м 2 . Конфигурация внеш. электронной оболочки 6s 2 ; степень окисления + 2, редко + 1; энергия ионизации Ва°->Ва + ->Ва 2+ соотв. 5,21140 и 10,0040 эВ; электроотрицательность по Полингу 0,9; атомный радиус 0,221 нм, ионный радиус Ва 2+ 0,149 нм (координационное число 6).
Легко вступает в реакцию с галогенами, образуя галогениды.
При нагревании с водородом образует гидрид бария BaH 2 , который в свою очередь с гидридом лития LiH дает комплекс Li.
Реагирует при нагревании с аммиаком:
6Ba + 2NH 3 = 3BaH 2 + Ba 3 N 2
Нитрид бария Ba 3 N 2 при нагревании взаимодействует с CO, образуя цианид:
Ba 3 N 2 + 2CO = Ba(CN) 2 + 2BaO
С жидким аммиаком дает темно-синий раствор, из которого можно выделить аммиакат , имеющий золотистый блеск и легко разлагающийся с отщеплением NH 3 . В присутствии платинового катализатора аммиакат разлагается с образованием амида бария:
Ba(NH 2) 2 + 4NH 3 + Н 2
Карбид бария BaC 2 может быть получен при нагревании в дуговой печи BaO с углем.
С фосфором образует фосфид Ba 3 P 2 .
Барий восстанавливает оксиды, галогениды и сульфиды многих металлов до соответствующего металла.
Применение барияСплав бария с А1 (сплав альба, 56% Ва) - основа геттеров (газопоглотителей). Для получения собственно геттера барий испаряют из сплава высокочастотным нагревом в вакуумированной колбе прибора, в результате на холодных частях колбы образуется т. наз. бариевое зеркало (или диффузное покрытие при испарении в среде азота). Активной частью подавляющего большинства термоэмиссионных катодов является ВаО. Барий используют также как раскислитель Си и Рb, в кач-ве присадки к антифрикц. сплавам, черным и цветным металлам, а также к сплавам, из к-рых изготавливают типографские шрифты для увеличения их твердости. Сплавы бария с Ni служат для изготовления электродов запальных свечей в двигателях внутр. сгорания и в радиолампах. 140 Ва (T 1/2 12,8 дней) - изотопный индикатор, используемый при исследовании соединений бария.
Металлический барий, часто в сплаве с алюминием используется в качестве газопоглотителя (геттера) в высоковакуумных электронных приборах.
Антикоррозионный материалБарий добавляется совместно с цирконием в жидкометаллические теплоносители (сплавы натрия, калия, рубидия, лития, цезия) для уменьшения агрессивности последних к трубопроводам, и в металлургии.
Фторид бария применяется в виде монокристаллов в оптике (линзы, призмы).
Пероксид бария используется для пиротехники и как окислитель. Нитрат бария и хлорат бария используется в пиротехнике для окрашивания пламени (зеленый огонь).
Хромат бария применяется при получении водорода и кислорода термохимическим способом (цикл Ок-Ридж, США).
Оксид бария совместно с оксидами меди и редкоземельных металлов применяется для синтеза сверхпроводящей керамики работающей при температуре жидкого азота и выше.
Оксид бария применяется для варки специального сорта стекла - применяемого для покрытия урановых стержней. Один из широкораспространенных типов таких стекол имеет следующий состав - (оксид фосфора - 61 %, ВаО - 32 %, оксид алюминия - 1,5 %, оксид натрия - 5,5 %). В стекловарении для атомной промышленности применяется так же и фосфат бария.
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.
Карбонат бария BaCO 3 добавляют в стекольную массу, чтобы повысить коэффициент преломления стекла. Сернокислый барий применяют в бумажной промышленности как наполнитель; качество бумаги во многом определяется ее весом, барит BaSO 4 утяжеляет бумагу. Эта соль обязательно входит во все дорогие сорта бумаги. Кроме того, сульфат бария широко используется в производстве белой краски литопона – продукта реакции растворов сернистого бария с сернокислым цинком:
BaS + ZnSO 4 → BaSO 4 + ZnS.
Обе соли, имеющие белый цвет, выпадают в осадок, в растворе остается чистая вода.
При бурении глубинных нефтяных и газовых скважин используется в качестве буровой жидкости взвесь сернокислого бария в воде.
Еще одна бариевая соль находит важное применение. Это титанат бария BaTiO 3 – один из самых главных сегнетоэлектриков (сегнетоэлектрики же поляризуются сами по себе, без воздействия внешнею поля. Среди диэлектриков они выделяются так же, как ферромагнитные материалы среди проводников. Способность к такой поляризация сохраняется только при определенной температуре. Поляризованные сегнетоэлектрики отличаются большей диэлектрической проницаемостью), считающихся очень ценными электротехническими материалами.
В 1944 г. этот класс пополнился титанатом бария, сегнетоэлектрические свойства которого были открыты советским физиком Б.М. Вулом. Особенность титаната бария состоит в том, что он сохраняет сегнетоэлектрические свойства в очень большом интервале температуры – от близкой к абсолютному нулю до +125°C.
Барий нашёл применение и в медицине. Его сернокислую соль применяют при диагностике желудочных заболеваний. BaSO 4 смешивают с водой и дают проглотить пациенту. Сульфат бария непрозрачен для рентгеновских лучей, и поэтому те участки пищеварительного тракта, по которым идет «бариевая каша», остаются на экране темными. Так врач получает представление о форме желудка и кишок, определяет место, где может возникнуть язва.
Влияние бария на организм человека
Пути поступления в организм.
Основным путем поступления бария в организм человека является
пища. Так, некоторые морские обитатели способны накапливать барий из окружающей
воды, причем в концентрациях в 7-100 (а для некоторых морских растений до 1000)
раз, превышающих его содержание в морской воде. Некоторые растения (соевые бобы
и помидоры, например) также способны накапливать барий из почвы в 2-20 раз.
Однако в районах, где концентрация бария в воде высока, питьевая вода также
может внести вклад в суммарное потребление бария. Поступление бария из воздуха
незначительно.
Опасность для здоровья.
В ходе научных эпидемиологических исследований, проведенных под
эгидой ВОЗ, не нашли подтверждения данные о связи между смертностью от
сердечно-сосудистых заболеваний и содержанием бария в питьевой воде. В
краткосрочных исследованиях на добровольцах не было выявлено вредного эффекта
на сердечно-сосудистую систему при концентрациях бария до 10 мг/л. Правда, при
опытах на крысах, при употреблении последними воды даже с невысоким содержанием
бария, наблюдалось повышение систолического кровяного давления. Это
свидетельствует о потенциальной опасности повышения кровяного давления и у
людей при длительном употреблении воды, содержащий барий (такие данные есть у
USEPA).
Данные USEPA также свидетельствуют о том, что даже разовое
употребление воды, содержание бария в которой значительно превосходит
максимально допустимые значения, может привести к мышечной слабости и болям в
брюшной области. Необходимо, правда, учесть, что норматив по барию,
установленный стандартом качества USEPA (2.0 мг/л) значительно превосходит
величину, рекомендованную ВОЗ (0.7 мг/л). Российскими санитарными нормами
установлено еще более жесткое значение ПДК по барию в воде - 0.1 мг/л.
Технологии
удаления из воды: ионный обмен, обратный осмос, электродиализ.
Барий
БА́РИЙ -я; м. [лат. Barium от греч. barys - тяжёлый].
1. Химический элемент (Ba), мягкий серебристо-белый химически активный металл (применяется в технике, промышленности, медицине).
2. Разг. О сернокислой соли этого элемента (принимается внутрь в качестве контрастного вещества при рентгенологическом обследовании желудка, кишечника и т.п.). Выпить стакан бария.
◁ Ба́риевый, -ая, -ое (1 зн.). Б-ые соли. Б. катод.
ба́рий(лат. Barium), химический элемент II группы периодической системы, относится к щёлочноземельным металлам. Название от греческого barýs - тяжёлый. Серебристо-белый мягкий металл; плотность 3,78 г/см 3 , t пл 727°C. Химически очень активен, при нагревании воспламеняется. Минералы: барит и витерит. Применяют в вакуумной технике как газопоглотитель, в сплавах (типографские, подшипниковые); соли бария - в производстве красок, стёкол, эмалей, в пиротехнике, медицине.
БАРИЙБА́РИЙ (лат. Baryum), Ва (читается «барий»), химический элемент с атомным номером 56, атомная масса 137,327. Расположен в шестом периоде в группе IIА периодической системы. Относится к щелочноземельным элементам. Природный барий состоит из семи стабильных изотопов с массовыми числами 130 (0,101%), 132 (0,097%), 134 (2,42%), 135 (6,59%), 136 (7,81%), 137 (11,32%) и 138 (71,66%). Конфигурация внешнего электронного слоя 6s
2
. Степень окисления +2 (валентность II). Радиус атома 0,221 нм, радиус иона Ва 2+ 0,138 нм.
Энергии последовательной ионизации равны 5,212, 10,004 и 35,844 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см.
ПОЛИНГ Лайнус)
0,9.
История открытия
Название элемента происходит от греческого «барис» - тяжелый. В 1602 один болонский ремесленник обратил внимание на тяжелый минерал барит (см.
БАРИТ)
BaSO 4 (плотность 4,50 кг/дм 3). В 1774 швед К. Шееле (см.
ШЕЕЛЕ Карл Вильгельм)
, прокаливая барит, получил оксид ВаО. Только в 1808 англичанин Г. Дэви (см.
ДЭВИ Гемфри)
использовал электролиз для восстановления активных металлов из расплавов их солей.
Распространенность в природе
Содержание в земной коре 0,065%. Важнейшие минералы - барит и витерит (см.
ВИТЕРИТ)
ВаСО 3 .
Получение
Основное сырье для получения бария и его соединений - баритовый концентрат (80-95% BaSO 4). Его нагревают в насыщенном растворе соды Na 2 CO 3:
BaSO 4 + Na 2 CO 3 = ВаCO 3 + Na 2 SO 4
Осадок растворимого в кислотах карбоната бария перерабатывают далее.
Основной промышленный метод получения металлического бария - восстановление его порошком алюминия (см.
АЛЮМИНИЙ)
при 1000-1200 °C:
4ВаО + 2Аl = 3Ва + ВаOАl 2 О 3
Восстановлением барита каменным углем или коксом при нагревании получают BaS:
BaSO 4 + 4С = BaS + 4СО
Образующийся растворимый в воде сульфид бария, перерабатывают на другие соединения бария, Ba(OH) 2 , ВаCO 3 , Ва(NO 3) 2 .
Физические и химические свойства
Барий - серебристо-белый ковкий металл, кристаллическая решетка - кубическая, объемно центрированная, а
= 0,501 нм. При температуре 375 °C переходит в b-модификацию. Температура плавления 727 °C, кипения 1637 °C, плотность 3,780 г/см 3 . Стандартный электродный потенциал Ва 2+ /Ва равен –2,906 В.
Имеет высокую химическую активность. Интенсивно окисляется на воздухе, образуя пленку, содержащую оксид бария ВаО, пероксид ВаО 2 .
Энергично реагирует с водой:
Ва + 2Н 2 О = Ва(ОН) 2 + Н 2
При нагревании взаимодействует с азотом (см.
АЗОТ)
с образованием нитрида Ва 3 N 2:
Ba + N 2 = Ba 3 N 2
В токе водорода (см.
ВОДОРОД)
при нагревании барий образует гидрид ВаН 2 . С углеродом барий образует карбид ВаС 2 . С галогенами (см.
ГАЛОГЕНЫ)
барий образует галогениды:
Ва + Сl 2 = ВаСl 2 ,
Возможно взаимодействие с серой (см.
СЕРА)
и другими неметаллами.
BaO - основный оксид. Он реагирует с водой с образованием гидроксида бария:
ВаО + Н 2 О = Ва(ОН) 2
При взаимодействии с кислотными оксидами BaO образует соли:
ВаО +СО 2 = ВаСО 3
Основный гидроксид Ва(ОН) 2 немного растворим в воде, обладает щелочными свойствами.
Ионы Ва 2+ бесцветны. Хлорид, бромид, иодид, нитрат бария хорошо растворимы в воде. Нерастворимы карбонат, сульфат, средний ортофосфат бария. Сульфат бария BaSO 4 нерастворим в воде и кислотах. Поэтому образование белого творожистого осадка BaSO 4 является качественной реакцией на ионы Ва 2+ и сульфат-ионы.
BaSO 4 растворяется в горячем растворе концентрированной Н 2 SO 4 , образуя кислый сульфат:
BaSO 4 +Н 2 SO 4 = 2Ba(НSO 4) 2
Ионы Ва 2+ окрашивают пламя в желто-зеленый цвет.
Применение
Сплав Ba с Al - основа геттеров (газопоглотителей). BaSO 4 - компонент белых красок, его добавляют при выделке некоторых сортов бумаги, используют при выплавке алюминия, в медицине - для рентгеновского обследования.
Соединения бария используют в стеклопроизводстве, при изготовлении сигнальных ракет.
Титанат бария BaTiO 3 - компонент пьезоэлементов, малогабаритных конденсаторов, используется в лазерной технике.
Физиологическое действие
Соединения бария токсичны, ПДК в воздухе 0,5 мг/м 3 .
Энциклопедический словарь . 2009 .
Синонимы :Смотреть что такое "барий" в других словарях:
барий - гидрототығы. хим. Суда еритін, түссіз кристалды зат (ҚСЭ, 2, 167). Барий карбонаты. хим. Тұз және азот қышқылдарында оңай еритін, түссіз кристал. Б а р и й к а р б о н а т ы – барийдың өте маңызды қосылыстарының бірі (ҚСЭ, 2, 167). Барий сульфаты … Қазақ тілінің түсіндірме сөздігі
- (лат. barium, от греч. barys тяжелый). Желтоватый металл, названный так потому, что в связи с другими металлами дает тяжелые соединения. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. БАРИЙ лат. barium, от греч.… … Словарь иностранных слов русского языка
Ва (лат. Baryum, от греч. bаrys тяжёлый * a. barium; н. Barium; ф. barium; и. bario), хим. элемент главной подгруппы 11 группы периодич. системы элементов Менделеева, ат. н. 56, ат. м. 137,33. Природный Б. состоит из смеси семи стабильных … Геологическая энциклопедия
- (от греч. barys тяжёлый; лат. Barium), Ba, хим. элемент II группы периодич. системы элементов подгруппы щёлочноземельных элементов, ат. номер 56, ат. масса 137,33. Природный Б. содержит 7 стабильных изотопов, среди к рых преобладает 138Ba… … Физическая энциклопедия
БАРИЙ - (от греч. barys тяжелый), двухатомный металл, ат. в. 137,37, хим. обозначение Ва, встречается в природе только в форме солей, гл. обр., в виде сернокислой соли (тяжелый шпат) и углекислой соли (витерит); в незначительных количествах соли Б.… … Большая медицинская энциклопедия
- (Barium), Ba, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 56, атомная масса 137,33; относится к щелочноземельным металлам. Открыт шведским химиком К. Шееле в 1774, получен Г. Дэви в 1808 … Современная энциклопедия
- (лат. Barium) Ba, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 56, атомная масса 137,33, относится к щелочноземельным металлам. Название от греч. barys тяжелый. Серебристо белый мягкий металл; плотность 3,78 г/см³, tпл… … Большой Энциклопедический словарь барий - сущ., кол во синонимов: 2 металл (86) элемент (159) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов