Барий

Шаблон:Не путать Шаблон:Карточка химического элементаШаблон:Элемент периодической системы Ба́рий (химический символ — Ba, от лат. Barium) — химический элемент 2-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы второй группы, IIA) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 56. щёлочноземельный металл.

Простое вещество барий — мягкий, вязкий, ковкий металл серебристо-белого цвета (ультрачистый барий имеет лёгкий золотистый оттенок)<ref name=Ullman2005>Шаблон:Ullmann</ref><ref name=gre98/>. Обладает высокой химической активностью, тускнеет на воздухе, реагирует с водой. Шаблон:-

История

Барий был открыт в виде оксида BaO в 1774 году Карлом Шееле и Юханом Ганом<ref>Шаблон:Книга</ref>. 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 Шаблон:Lang-grc — «тяжёлый».

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома бария: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²

Барий — серебристо-белый (с лёгким золотистым оттенком<ref name=Ullman2005/><ref name=gre98>Шаблон:Greenwood&Earnshaw</ref>) ковкий металл с плотностью 3,78 г/см³<ref name=ХЭ/>. При резком ударе раскалывается. Примесь ртути (например, при получении амальгамным методом) делает его хрупким<ref name=rip71>Шаблон:Книга</ref>. При нормальном давлении существуют две аллотропные модификации бария: до 375 °C устойчив α-Ba, Шаблон:Крист<ref>Шаблон:WCS</ref>, при более высоких температурах устойчив β-Ba<ref name=ХЭ/>. Теплота перехода Шаблон:Nobr составляет Шаблон:Nobr. При давлении 5530 МПа и 19 °C обнаружена гексагональная модификация<ref name=ХЭ/>.

Температура плавления 727 °C (1000 К), кипения 1637 °C (1910 К). Теплота плавления 7,12 кДж/моль. Теплота испарения 150,9 кДж/моль (при температуре кипения). Тройная точка: 710 °C, 1,185 Па. Критическая температура 2497 °C. Давление пара около 50 мм рт.ст. при 1200 °CШаблон:Sfn. Теплоёмкость при постоянном давлении 28,1 Дж/(моль·К). Энтропия Шаблон:Math 62,5 Дж/(моль·К). Температурный коэффициент линейного расширения (17…21)·10⁻⁶ К⁻¹<ref name=ХЭ/>.

Твёрдость по шкале Мооса, по разным данным, 1,25<ref>Шаблон:Книга</ref>, 1,5<ref name="Samsonov68">Шаблон:Cite book</ref>, 2<ref name=ХЭ/> или 3<ref name=rip71/>. Твёрдость по Бриннелю Шаблон:Nobr. Коэффициент сжимаемости 1,04·10¹² Па⁻¹<ref name=ХЭ/>.

Барий является парамагнетиком, его магнитная восприимчивость 1,5·10⁸. Удельное электрическое сопротивление бария 6·10⁻⁸ Ом·м (при 0 °С). Температурный коэффициент сопротивления 3,6·10⁻³ К⁻¹<ref name=ХЭ/>.

Энергия ионизации Ba → Ba⁺ 5,19 эВ, Ba⁺ → Ba²⁺ 9,95 эВШаблон:Sfn.

Соли бария окрашивают пламя газовой горелки в жёлто-зелёный цвет<ref name=rip71/>.

Химические свойства

Барий — щёлочноземельный химически активный металл, в соединениях проявляет степень окисления +2. На воздухе барий быстро окисляется, образуя на поверхности смесь оксида бария (BaO) и нитрида бария (Ba₃N₂), теряя при этом блеск и становясь сперва коричневато-жёлтым, а затем серым<ref name=rip71/>. При незначительном нагревании на воздухе воспламеняется. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид бария <chem>Ba(OH)2</chem>:

<math>\mathsf{Ba + 2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2\uparrow}</math>

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<ref name="Uch_2">Шаблон:Книга</ref>.

Кроме сульфида бария, растворимы в воде также цианид <chem>Ba(CN)2</chem>, тиоцианат <chem>Ba(SCN)2</chem> и ацетат <chem>Ba(CH3COO)2</chem><ref name=ХЭ/>.

Легко вступает в реакцию с галогенами, образуя галогениды.

При нагревании с водородом образует гидрид бария (<chem>BaH2</chem>), который, в свою очередь, с гидридом лития <chem>LiH</chem> даёт комплекс <chem>Li[BaH3]</chem>.

<math>\mathsf{Ba + H_2 \rightarrow BaH_2}</math>

<math>\mathsf{BaH_2 + LiH \rightarrow Li[BaH_3]}</math>

Реагирует при нагревании с аммиаком:

<math>\mathsf{6Ba + 2NH_3 \rightarrow 3BaH_2 + Ba_3N_2}</math>

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

<math>\mathsf{Ba_3N_2 + 2CO \rightarrow Ba(CN)_2 + 2BaO}</math>

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:

<math>\mathsf{[Ba(NH_3)_6] \rightarrow Ba(NH_2)_2 + 4NH_3 + H_2}</math>

Карбид бария (BaC₂) может быть получен при нагревании в дуговой печи BaO с углём.

<math>\mathsf{BaO + 3C \rightarrow BaC_2 + CO\uparrow}</math>

С фосфором образует фосфид (Ba₃P₂):

<math>\mathsf{3Ba + 2P \rightarrow Ba_3P_2}</math>

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

Реагирует при комнатной температуре с углекислым газом, образуя карбид бария BaC₂<ref name=rip71/>.

Получение

Файл:Baryte (12250397094).jpg

Минерал бария — барит

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:

<math>\mathsf{BaSO_4 + 4C \rightarrow BaS + 4CO\uparrow}</math>

<math>\mathsf{BaSO_4 + 2CH_4 \rightarrow BaS + 2C + 4H_2O}</math>

Далее сульфид бария 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):

<math>\mathsf{BaS +2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2S\uparrow}</math>

<math>\mathsf{BaS + H_2O + CO_2 \rightarrow BaCO_3 + H_2S\uparrow}</math>

<math>\mathsf{BaCO_3 \rightarrow BaO + CO_2\uparrow}</math>

Получают металлический барий электролизом безводного расплава хлорида бария:

<math>\mathsf{BaCl_2 \rightarrow Ba + Cl_2\uparrow}</math>

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. Реакция является очень чувствительной, специфичной, позволяя определить 1 часть ионов бария на 210000 массовых частей раствора<ref name="barium">Шаблон:Книга</ref>.

Соединения бария окрашивают пламя в жёлто-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 или магнием используется в качестве газопоглотителя (геттера) в высоковакуумных электронных приборах, так как активно реагирует со многими газами, частично, в том числе, инертными, за счёт растворения их в кристаллической решетке.

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

Файл:2006 Fireworks 1.JPG

Зелёный фейерверк, окрашенный соединениями бария

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<ref>Шаблон:Cite web</ref>, применяются для синтеза сверхпроводящей керамики, работающей при температуре жидкого азота и выше.

Легирование сплавов

Применение бария для легирования сплавов невелико, ограничивается, главным образом, экспериментальными работами; например, предлагается легирование барием свинцово-кальциевых аккумуляторных электродов для снижения их коррозионного повреждения<ref>Шаблон:Статья</ref>.

Вместе с тем, барий применяется в виде лигатур для раскисления, дефосфоризации и десульфуризации специальных сплавов, сталей и чугунов; примером такой лигатуры является алюмобариевая АБа45<ref>Шаблон:Статья</ref>.

Сплав бария с никелем ранее использовался в радиолампахШаблон:Sfn.

Ядерная энергетика

Оксид бария применяется для варки специального сорта стекла — применяемого для покрытия урановых стержней. Один из широкораспространённых типов таких стёкол 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.

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 щёлочноземельных 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 гётит и гидрогётит) 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<ref>Шаблон:Статья</ref>. 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

Шаблон:Main 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).

Биологическая роль

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<ref>name=https://www.pharmacognosy.com.ua_БарийШаблон:Недоступная ссылка: маг для гладких мышц</ref>.

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

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)<ref>name=https://books.Google.ru_Методы концентрирования и разделения микроэлементов</ref>.

Контакт металлического бария с кожей и слизистыми оболочками приводит к химическим ожогам<ref>name =https://safework.ru_BariumШаблон:Недоступная ссылка</ref>. Вследствие хорошей растворимости в воде из солей бария наиболее опасен хлорид<ref>name=https://safework.ru_ХлоридШаблон:Недоступная ссылка бария</ref>, 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

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 пошевелить 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

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 (2 части соли на 15 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.

Хранение

Хранят металлический барий в керосине или под слоем парафина (в связи с его химической реактивностью)<ref name=ХЭ/>.

Цены

Цены на металлический барий в слитках чистотой 99,9 % колеблютсяШаблон:Когда около 30 долларов за 1 кгШаблон:Нет АИ.

См. также

• Шаблон:Cl

Литература

• Шаблон:ВТ-ЭСБЕ
• Шаблон:Книга

• Шаблон:ФЭС1960

Ссылки

• Барий на Webelements
• Барий в Популярной библиотеке химических элементов

	1	2															3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1
2
3
4
5
6
7