Барий это тяжелый металл или нет

Обновлено: 18.05.2024

(хим. обозн. Ва, атомный вес 137) принадлежит к группе щелочноземельных металлов и по своим свойствам в особенности близок к кальцию и стронцию. Металлическая природа его доказана Берцелиусом, получившим амальгаму бария, из которой Дэви в 1808 году выделил и самый металл. В природе в свободном состоянии Б. никогда не встречается, но в виде соединений он довольно распространен в минеральном царстве; в особенности важны: тяжелый шпат, или барит, сернокислый барий и витерит, или углекислый барий. Самый металл можно получать, по Бунзену, при действии сильного тока на тестообразную смесь хлористого бария с соляной кислотой, нагретую до 100°; вместо отрицательного полюса при этом употребляют амальгамированную платиновую проволоку, и из полученной таким путем амальгамы бария отгоняют ртуть в струе водорода; по Круксу, действуют амальгамой натрия на насыщенный раствор хлористого Б., нагретый до 93°; образующуюся бариеву амальгаму отделяют от избытка ртути прожиманием через холст и слабо прокаливают в струе водорода для удаления остальной ртути. Амальгаму подвергают обработке тотчас же после получения, иначе барий может окислиться во влажном воздухе в гидрат окиси бария. Металлический Б. имеет желтый цвет и удельно тяжелее концентрированной серной кислоты; плавится при температуре выше точки плавления чугуна и при этом не улетучивается; нагретый на воздухе, сгорает с пламенем и разлагает воду при обыкновенной температуре с выделением водорода; технического применения металл не имеет.

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева Б. стоит во II группе (вслед за кальцием и стронцием) и таким положением в системе определяются важнейшие его химические свойства: в соединениях своих Б. является двухатомным, т. е. он способен соединяться с одним атомом двухатомных и двумя атомами одноатомных элементов. Важнейшие соединения бария, баритовые соединения, следующие:

1) Окись бария (безводный барит), ВаО, открыта Шееле в 1774 г., получается прокаливанием азотнокислого барита в гессенском тигле, наполненном только до половины, так как вещество при накаливании сильно пенится; сначала нагревают только слегка, пока расплавленная масса не затвердеет вследствие разложения, а затем уже дают сильный жар. Углекислый барит в смеси с углем дает при белокалильном жаре также окись бария. Вещество это представляет сероватые хрупкие куски, уд. веса 4,73, сплавляющиеся в пламени гремучего газа в белую непрозрачную массу; с водою соединяется с сильным выделением тепла; при темно-красном калении поглощает кислород и дает перекись ВаО₂. Вообще окись бария, кроме свойства прямо фиксировать кислород, во многом напоминает безводную известь; в лабораториях употребляется, как прекрасное обезвоживающее средство для третичных и вторичных алкоголей.

2) Гидрат окиси бария, едкий барит, Ва(ОН)₂, или кристаллический Ва(ОН)₂8Н₂О, образуется при действии воды на окись бария; для получения его обрабатывают водой сернистый барий (см. 5), причем образуется гидрат окиси бария и сульфгидрат бария:

Если раствор обоих этих соединений кипятить с окисью меди (медной окалиной), то сульфгидрат бария переходит в едкий барит, причем образуется нерастворимая сернистая медь:

Жидкость, отфильтрованная от сернистой меди, выделяет едкий барит в виде кристаллов. Вместо окиси меди для той же цели можно брать окись железа, цинка, марганца; всех этих веществ прибавляют к кипящему раствору до тех пор, пока профильтрованная жидкость не будет давать с растворами свинцовых солей совершенно белый осадок без всякого темноватого оттенка. В больших количествах едкий Б. можно получать разложением углекислого бария водяным паром при краснокалильном жаре.

Соединение кристаллизуется в прозрачных бесцветных призмах и с жадностью поглощает углекислоту из воздуха, а потому как растворы, так и кристаллы необходимо сохранять в атмосфере, лишенной углекислоты. При температуре 100° Ц. гидрат теряет 7 частиц воды и дает Ва(ОН)₂Н₂О; последняя частица кристаллизационной воды удаляется только при краснокалильном жаре, гидратная же (конституционная) вода остается в соединении и при более высоких температурах. 100 ч. воды растворяют при 0° 1,5 ч., при 20° 3,5 ч. и при 80° 90,8 ч. ВаО; насыщенный на холоду раствор называется баритовой водой. Едкий барит имеет применение в лабораторной практике в качестве реактива и как поглотитель углекислоты; в технике едкий барит употреблялся прежде для выделения сахара из патоки, так как он дает с сахаром труднорастворимое кристаллическое соединение; ныне этот способ заменен другими, более удобными.

3) Перекись бария, ВаО₂, образуется при пропускании воздуха или кислорода через слабо накаленную окись бария. По наружному виду она очень сходна с этой последней. При более сильном жаре перекись распадается (обратно) на кислород и окись бария. Таким свойством ее можно пользоваться для получения кислорода из воздуха. Если пропускать ток воздуха через окись бария, слабо накаленную в горизонтально лежащих ретортах, то кислород поглощается, а азот воздуха удаляется как таковой; при более сильном прокаливании фиксированный кислород выделяется и может быть собран в газометрах: остающаяся в ретортах окись бария может опять служить для поглощения нового количества кислорода воздуха и т. д.

4) Гидрат перекиси бария, ВаО₂·6Н₂О, образуется при обработке перекиси бария водою. В чистом виде его можно получать, внося мелко растертую перекись в разведенную соляную кислоту, почти до полной нейтрализации этой последней; раствор содержит тогда перекись водорода и хлористый барий; при осторожном прибавлении баритовой воды образуется слабая неисчезающая муть; тогда жидкость фильтруют, причем удаляются все посторонние примеси (кремнезем, окись железа, магнезия) и обрабатывают баритовой водой до тех пор, пока еще образуется кристаллический осадок гидрата перекиси в виде тонких листочков. В воде он нерастворим и теряет свою кристаллизационную воду уже в безвоздушном пространстве. При кипячении с водой как перекись, так и гидрат выделяют кислород, а с кислотами дают перекись водорода и соли бария; избыточный атом кислорода ВаО₂ легко может быть удален при действии различных кислород отнимающих веществ, каковы: уголь, сера, фосфор, водород и некоторые металлы, а также сернистый водород и органические вещества.

5) Сернистый барий, BaS. Сернокислый барит восстановляется при прокаливании с углем в сернистый барий. Для этой цели смешивают 4 ч. тщательно измельченного тяжелого шпата с 1 ч. порошковатого древесного угля и с 1 ч. льняных жмых, затем прибавляют теплой воды в таком количестве, чтобы при замешивании образовалась пластическая масса. Из такого теста формуют шарики от 3 до 5 см в диаметре, высушивают их и сильно прокаливают в небольшой пламенной печи; обрабатываемый материал располагают слоями и пересыпают их углем. По охлаждении продукт реакции представляет сероватую хрупкую массу, состоящую почти нацело из сернистого бария; в таком виде она служит для всех технических целей, напр., для получения гидрата окиси бария и различных баритовых солей. Сернистый барий, полученный таким путем, обладает свойством светиться в темноте желтоватым светом, если предварительно он был подвержен действию солнечных лучей. Кроме только что описанного, известны еще многосернистые соединения бария, каковы пятисернистый барий BaS₅, трехсернистый BaS₃ и др.

6) Хлористый барий, BaCl₂, образуется при растворении в слабой соляной кислоте природного углекислого бария, витерита, далее при разложении соляной кислотой сернистого бария или при сплавлении сернокислого бария с углем и некоторыми хлористыми металлами. Последний метод употребляется чаще других, так как он легче выполним при крупном производстве, нежели остальные. Из хлористых металлов для этой цели берут или хлористый кальций, составляющий отброс при различных химических производствах, или хлористый марганец, побочный продукт при фабрикации

хлорной извести. Реакция между сернокислым барием, хлористым кальцием и углем при краснокалильном жаре идет таким образом, что образуются хлористый барий, нерастворимый в воде сернистый кальций и окись углерода по следующему равенству:

Смесь всех этих веществ нагревают до плавления в пламенной печи, у которой под имеет небольшое чашеобразное углубление, и продолжают прокаливание до тех пор, пока над тестообразной расплавленной массой более не будет заметно огоньков горящей окиси углерода. Сплав вынимают из печи, оставляют охладиться в железном ящике и выщелачивают водой, причем хлористый барий переходит в раствор, а сернистый кальций остается нерастворенным. Раствор хлористого бария сгущают выпариванием в железных чренах и оставляют кристаллизоваться. Кристаллы отделяют от маточного раствора и высушивают. Они имеют состав BaCl₂·2Н₂О и представляют ромбические таблички горького вкуса, сильно ядовитые, как и все вообще баритовые соли. 100 ч. воды растворяют при 0° 32,62 ч. BaCl₂, а при 100° 58,8 ч.; в алкоголе эта соль почти нерастворима; из концентрированных водных растворов выделяется от прибавления крепкой соляной кислоты. Хлористый барий теряет свою кристаллизационную воду при 121°; безводная соль плавится при краснокалильном жаре и представляет по охлаждении прозрачную массу, уд. веса 3,7. Хлористый барий применяется для получения других баритовых солей и составляет необходимый реактив при химич. анализе. В технике он употребляется для очищения воды, идущей на питание паровых котлов. С этой целью к воде прибавляют известное количество хлористого бария, отвечающее содержанию в ней сернокислой извести или гипса, а затем еще приливают известкового молока; гипс удаляется хлористым барием, а кислые углекислые соли щелочных земель — известковым молоком.

7) Углекислый барий, углебаритовая соль, ВаСО₃, в природе встречается в виде минерала витерита (см. это сл.), искусственно получается осаждением раствора хлористого бария углекислым натрием в виде тяжелого белого осадка, который затем промывают водою. Минерал может идти на получение баритовых солей, если только удастся приобрести его за сходную цену, а искусственно полученная соль имеет применение в химии для научных целей и при анализе.

8) Сернокислый барий, сернобаритовая соль, BaSO₄, в природе встречается в виде минерала тяжелого шпата, или барита (см. это сл.), который в большинстве случаев является исходным материалом для заводского получения баритовых соединений. Тонко растертый и затем отмученный минерал подбавляется к краскам с различными целями, напр., чтоб ослабить их тон и получить более светлые оттенки. Искусственно сернокислый барий готовят из хлористого, обрабатывая слабый горячий раствор его разведенной серной кислотой; быстро оседающий осадок промывают водой до удаления всей свободной кислоты. Частью в сыром виде, частью высушенный осадок поступает в торговлю под названием баритовых, или постоянных, белил (Permanentweiss, Blanc fixe). Сернокислый барий почти вовсе не растворим ни в каких растворителях, а потому не ядовит. На нерастворимости его основан способ количественного определения и отделения серной кислоты, а также и бария.

9) Азотнокислый барий, азотнобаритовая соль, Ba(NO₃)₂, образуется при растворении углекислого или сернистого бария в слабой азотной кислоте; получают ее также из хлористого бария, смешивая горячий раствор 4 ч. этой соли в 8 ч. воды с горячим же раствором 3 ч. азотнокислого натрия в 3 ч. воды. По охлаждении выделяется труднорастворимый азотнокислый барий в виде тонкого кристаллического порошка, который систематически промывают холодной водой для удаления хлористого натрия, образовавшегося при реакции. В спирте и азотной кислоте соль не растворима. Она служит для получения окиси бария, а также применяется в пиротехнике для фейерверков и для изготовления особого пороха, саксифрагина, в котором заменяет калийную селитру.

10) Хлорноватокислый барий, хлорноватобаритовая соль, Ва(ClO₃)₂, получается насыщением водной хлорноватой кислоты углебаритовой солью и кристаллизацией полученного раствора. Имеет применение в пиротехнике для получения превосходных зеленых огней.

11) Хромовокислый барий, хромовобаритовая соль, BaCrO₄, получается в виде превосходного желтого осадка при осаждении раствора хлористого бария средним (желтым) хромовокислым калием. Имеет применение в качестве краски (желтый ультрамарин, баритовая желть, баритовый крон).

12) Марганцовокислый барий, марганцовобаритовая соль, 3ВаО₂MnO₃, получается прокаливанием перекиси марганца с азотнокислым барием. Это зеленая краска, известная под названием марганцовой зелени (Kasseler Grün, Rosenstiehls Grün).

Несмотря на многочисленные работы, свойства металлического Б. до последнего времени оставались мало известными, так как Б., полученный различными исследователями разными способами, как оказалось, был далеко не чист: то он содержал до 77 % ртути, то значительное колич. окиси Б. или водородистого Б.; то, наконец, за Б. принимались вещества состава NaClBaCl или KClBaCl, получаемые при действии металлического натрия или калия на BaCl₂. Гюнц (Guntz, 1905) разработал способ приготовления Б., при котором он получал продукт, содержавший 98,35 % Ва (остальное главным образом состояло из ртути и железа). Берется 3 %-я амальгама Б. и подвергается перегонке в стеклянной или лучше железной реторте в атмосфере водорода при уменьшенном давлении, пока содержание в ней Б. не дойдет до 10 % (судят по объему отогнанной ртути). Такая амальгама тверда, ломка и мало изменяется на воздухе; 500—600 г ее кладут в железную лодочку в фарфоровую трубку и медленно нагревают до 900° в пустоте (все время работая ртутным насосом для удаления поглощенного водорода). Получают амальгаму с 60 % Ва; ее помещают в лодочке в фарфоровую трубку, внутри покрытую тонким (0,2 мм) листом никеля (для защиты от паров Б., быстро разъедающих фарфор) и нагревают в пустой 2—3 часа при 900° и 1 час при 950°. Трубки нагреваются электричеством; температура измеряется пирометром. После охлаждения трубка наполняется сухой углекислотой и разбивается. Б. хранится в атмосфере СО₂. Цветом Б. в свежем разрезе похож на олово, на воздухе тускнеет, быстро окисляясь, мягок, как свинец, плавится при 850°, кипит при 1150°. При нагревании Б. поглощает водород, азот, в расплавленном виде дает сплавы со многими металлами (с железом труднее всего), легко растворяется в абсолютном спирте с образованием алкоголята; бензол и толуол на него не действуют.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890—1907 .

Тяжелые металлы – перечень, свойства и риски элементов

Официально такой группы химических элементов не существует. Однако металлурги, аграрии, особенно экологи, оперируют понятием «тяжелые металлы». Этот сегмент привлекает повышенное внимание.

Что представляют собой

Термин «тяжелые металлы» еще двести лет назад пытался ввести в научный оборот немецкий химик Лео Гмелин.

Однако в номенклатуре Международного союза, курирующего вопросы теории и практики химии (IUPAC), такое подразделение отсутствует.

Промышленность

В академических и промышленных кругах циркулирует четыре десятка критериев, по которым металл признается тяжелым.

Самые популярные основания:

Атомный номер выше 50.
Плотность 5+ г/см3.

На практике чаще востребован второй критерий.

То есть к тяжелым металлам относятся элементы с плотностью, превышающей 5 г/см3.

В соответствии с ним таковыми считаются:

Традиционные: железо, медь, хром, марганец, кобальт, олово, свинец, никель, цинк.
Менее известные: кадмий, молибден, вольфрам, сурьма. Плюс экзотика – галлий, теллур.
И самые коварные – ртуть, таллий, висмут.

На бытовом уровне они считаются токсичными элементами. Подобное отождествление некорректно.

Не каждый тяжелый металл токсичен, но таким способно стать при благоприятных условиях безобидное вещество.

Экология, медицина

У экологов и врачей свои подходы. Для них тяжелыми металлами являются особо значимые (полезные либо опасные) для биологических организмов элементы.

Суровее критерии Организации Объединенных наций (ООН). В соответствии с ее экологической доктриной, тяжелыми считаются стабильные металлы либо металлоиды, их соединения (особенно соли тяжелых металлов) с плотностью более 4,5 г/см3.

Критерий действует с 1998 года.

Классификация

Кроме плотности, маркером принадлежности к группе служат температура плавления, степень использования, другие свойства.

На основании этого выделяют следующие виды тяжелых металлов:

Редкие – галлий, висмут, таллий, кадмий. – молибден, вольфрам, хром. – кадмий, кобальт, свинец, ртуть, олово, галлий, таллий, висмут.

Самый тяжелый металл планеты – иридий. Кубик с ребром в 1 см весит 22,6 грамма. Но вещество попадает на Землю только с метеоритами.

Иридий

В сегменте обычных земных «тяжеловесов» лидирует вольфрам – он на три грамма легче. Это восьмая позиция среди металлов.

Откуда берутся

Естественных поставщиков тяжелых металлов четыре:

Горное сырье. Чаще это магматические либо осадочные породы.
Породообразующие минералы. У меди, например, это малахит и другие минералы.
Вулканы. Частицы вещества извергаются попутно с вулканическими продуктами (газами, гейзерами).

Еще один источник – Вселенная. Вещество заносится в стратосферу метеоритами либо облаками космической пыли.

Получение продукта

На большинстве металлургических комбинатах сырье плавят в доменных и мартеновских печах. Это оборудование из позапрошлого века делает процесс тяжелым, опасным для экологии и человека.

Внедрение « зеленых » технологий продвигается медленно, поскольку требует инвестиций.

Результат недостаточной очистки отходов производства – высокое содержание вредных компонентов. Следствие – загрязнение почвы, воды, воздуха.

Влияние на экологию

Особо опасные загрязнители биосферы – именно тяжелые металлы. Самая вредная форма соединений – соли.

Пути поступления

Загрязнение биосферы происходит следующими способами:

Металлургия. Выбросы в процессе плавки, обжига. Вымывание тяжелых веществ из отвалов месторождений либо меткомбинатов водой, выветривание.
Агросектор. Полив плантаций, удобрение полей илом бытовых стоков либо пестицидами.
Быт. Использование как топлива торфа, угля, другого сырья.
Автобаны. Свинцом, цинком, кадмием насыщены обочины автострад.

Свинец пропитывает почву минимум на 100 м по обе стороны дороги.

Свинец

Способы очищения

Почва очищается от такого груза десятилетиями, иногда столетиями.

Концентрация цинка уменьшается наполовину спустя столетие, кадмию требуется вдвое меньше.

Медь исчезает через три столетия, свинец – через десять:

Токсичные соединения растворяются в воде.
В почве процесс активируют влажность и растительность.

Флора вытягивает «свои» металлы. Так, лишайники «кушают» цинк, никель, медь.

Самородная медь

Токсичность тяжелых металлов возрастает с увеличением атомного номера.

Воздействие на человека

Влияние большинства таких веществ двояко:

Микродозы цинка, железа, меди задействованы в биологических процессах. Например, поддержании уровня гемоглобина в крови.
Превышение микродоз опасно: тормозится работа нервной системы, сердца, почек, других органов. Разрушается скелет, идет разбалансировка жизненных процессов.
Токсичны бесполезные свинец, ртуть.

Отравление организма внешне проявляется как тошнота, рвота, головная боль, нарушение координации движений. Плюс более тяжелые последствия, до летального исхода.

В зоне риска следующие категории:

Работники меткомбинатов.
Жители мегаполисов, окрестностей автострад.
Потребители продуктов со стихийных рынков (не прошедших санитарный контроль).

Уровень загрязненности территории экологи определяют благодаря местным животным.

Чуткие «индикаторы» загрязненности на европейской части – лоси, мышь-полевка, кроты, бурый мишка.

Барий – польза, возможности и опасность металла

Первое название этого химического элемента – тяжелая земля. Свойства бария ценят атомщики, врачи, металлурги. Его влияние на человека бывает фатальным.

Что представляет собой

Барий – это химический элемент, занимающий ячейку 56 таблицы Менделеева:

Изначально это мягкое, пластичное с вязкой структурой вещество серебристого цвета.
Относится к щелочноземельным металлам.
Подобно другим элементам этого сегмента, наделен повышенной химической активностью.
По составу – конгломерат семи стабильных изотопов. Две трети (72%) приходится на Ba138. Синтезированы радиоактивные изотопы.

Самый востребованный из искусственных изотопов – Ba140. Этот продукт урано-торие-плутониевого распада служит маркером радиоактивности.

Международное обозначение – Ba (Barium).

Как был открыт

История открытия вещества связана с именами европейских ученых:

Первым продуктом стал оксид вещества. Его получили шведские химики Юхан Ган и Карл Шееле.
Спустя 34 года (1808 год) их английский коллега Гемфри Дэви «добыл» амальгаму бария, применив электролиз увлажненного гидроксида на катоде ртути, затем нагрев состав до температуры испарения ртути. Остатком был металл барий.

Название металла отражает «массивность» его оксида: древнегреческое βαρύς означает «тяжёлый». Не случайно Карл Шееле окрестил свое детище «тяжелой землей». Хотя в группу тяжелых металлов барий не входит.

Нахождение в природе

В природе чистый барий не найден. Он представлен минералами, самые распространенные – барит (тяжелый шпат) и витерит.

Минерал Барит

Вещество не относится к редким.

Тонна земной коры содержит 500 грамм бария, литр морской воды – 0,02 мг.

Для разработки рентабельны баритовые, с добавкой сульфидов и флюоритов гидротермальные жилы. Промышленный интерес представляют месторождения метасоматических пластов и россыпей.

Технология получения

Исходник для промышленного извлечения бария – сульфитовый продукт (82-96%). Его добывают флотацией барита. Цель металлургов – получение бария в виде металла. Методика предусматривает восстановление оксида порошковым алюминием при высоких температурах.

Барий металлический Ba 99,9%

Сульфат бария восстанавливают газом либо углем.
Сульфид нагревают.
Полученный гидроксид становится карбонатом, затем оксидом (850-1100°C).
Из оксида восстанавливают металлическую форму бария. Задействуется алюминий и термовоздействие (1220-1260°С).

Процесс происходит в вакууме. Алгоритм работы аппаратуры позволяет проводить в режиме нон-стоп полный технологический цикл: восстановление, дистилляция, конденсация, плавка металла.

Продукт повышенной чистоты (примесей менее 0,001%) получают плавкой либо двойной вакуумной перегонкой.

Физико-химические характеристики

Барий наделен типичными для щелочноземельных металлов свойствами:

Пластичен, хорошо куется, мягок (2 балла из 10 по Моосу).
Хрупок, от сильного удара разрушается.
Строение кристаллической решетки представлено двумя модификациями в зависимости от температуры (граница – 374,9°C).

По свойствам химический элемент барий сродни кальцию и стронцию, но более активен.

Активность проявляется даже при комнатных температурах:

На воздухе окисляется.
Бурно взаимодействует с галогенами, фосфором, водой, разбавленными кислотами.
Восстанавливает до металла большинство оксидов, галогенидов, сульфидов.

Загорается даже при малом нагреве. Эту характеристику нейтрализуют погружением активного металла в парафин либо керосин.

Свойства атома
Название, символ, номер	Барий / Barium (Ba), 56
Атомная масса (молярная масса)	137,327(7) 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 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

Вещество легко опознать по цвету пламени: соединения бария делают его желтовато-зеленым.

Где используется

Утилитарные характеристики металла (пластичность, ковкость, вязкость) обеспечили востребованность промышленниками и учеными. Чаще это соединения, сплавы, чем чистый металл. Область использования – от атомной станции до салюта.

Атом, химия

Материал востребован серьезными отраслями:

Источники тока (химические). Фторид – компонент электролита во фторионных, оксид – в медных, сульфат – в свинцово-кислотных аккумуляторах.
Сверхпроводники. Смесь оксидов бария, меди, редкоземельных элементов – ингредиент при производстве керамики-сверхпроводника.
Атомная промышленность. Оксид добавляют к стеклу-облицовке урановых стержней.

Это компонент «щита» рентгеновских и ядерных установок. Так используется свойство металла стягивать на себя рентген- и гамма-лучи.

Другие отрасли промышленности

Применение нашлось металлу и сплавам (особенно с алюминием) в гражданском сегменте:

«Впитыватель» газа в высоковакуумной электронике.
Добавка (с цирконием) в жидкие теплоносители для повышения порога коррозийности (трубопроводы, металлургическое оборудование).
В металлургии это раскислитель, очиститель меди, свинца от примесей.
Фторид – основа линз, призм, другой продукции оптического назначения.
Бариево-никелевый сплав – материал электродов свечей зажигания двигателей.

Нарасхват идут соединения элемента:

Пероксид. Исходник отбеливателя волокон шелкопряда, хлопка, шерсти. Дезинфектор.
Сульфид. Истребитель волосяного покрова со шкур животных.
Перхлорат. Топ-осушитель.
Хромат, манганат. Желтый и зеленый пигменты в лако-красочном производстве.

Нитрат, хлорат создают зеленые огни салюта, других пиротехнических зрелищ.

Непромышленный сегмент

Карбонатом изничтожают грызунов.

Медициной востребован сульфат. Он нетоксичен, используется как контрастный материал при исследовании ЖКТ.

Биологическое воздействие

Барий не классифицируется как жизненно необходимый микроэлемент:

В организме человека порядка 20 мг вещества.
За сутки организм получает до 1 мг.
Микродозы выявлены во всех органах и тканях.
Больше всего вещества содержат селезенка, мышцы, головной мозг, хрусталик глаза.

Порядка 90% микроэлемента аккумулирует скелет и зубы.

Сколько бария нужно человеку, не установлено.

Предупреждение

Воздействие вещества на человека бывает опасным.

Барий, его растворимые соли токсичны:

Отравление наступает при превышении безопасной концентрации.
Особо опасны растворимые соли. Попадая в ЖКТ, они «высвобождаются». Затем провоцируют паралич сердца и смерть за несколько часов.
Тяжелое отравление (попадание в организм 0,19-0,49 г растворимых солей металла) влечет смерть в течение 24 часов. 0,79-0,89 г вызывают мгновенную смерть.
Среди симптомов интоксикации барием – расстройство речи, зрения, походки из-за паралича мышц. Плюс головокружение, одышка, шум в ушах.

На коже, слизистых оболочках металл оставляет химический ожог.

По стандартам РФ, барий относится ко 2-му классу опасности. Кубический дециметр воды (объем 10х10х10 см) не может содержать более 0,7 мг вещества.

Стоимость

На мировом рынке представлен ассортимент продукции из бария. Цены определяются чистотой продукта. Например, слитки чистотой 99,91% идут по $32-35 за кг.

БАРИЙ — от китайского синего до рентгеноскопии

В Китае давно оценили свойства металла бария. С периода Западного Чжоу до конца династии Хань в империи пользовались красителями на основе бария. Это хань синий и хань фиолетовый (их еще называют китайским синим и китайским пурпурным). Аналогов таких пигментов не найдено в других странах мира.

Все началось с алхимии ?

История открытия этого тяжелого металла похожа на приключенческий роман.

А началось все с алхимии. Ее приверженцы всегда искали вещество, которое превратит любой металл в золото. Самим золотишком тоже не пренебрегали.

В 1602 году итальянский алхимик Касциароло обнаружил в горах около Болоньи очень тяжелый камень. Теперь известно, что это был сульфат бария, тяжелый шпат. Заподозрив в нем наличие золота, алхимик начал опыты с камнем. Сенсацией стало то, что прокаленный с олифой и углем камень засветился мрачным красноватым цветом.

Событие вызвало сумятицу в рядах алхимиков. Они с азартом кинулись исследовать необычный минерал.

Позднее характеристики минерала исследовали минералоги.

Несколько названий получил тяжелый шпат:

болонский фосфор;
солнечный камень;
болонский камень;
барот;
барит.

Под двумя последними названиями минерал появляется в учебниках уже химии.

В минерале обнаружили «землю» (так назывались оксиды элементов). Назвали ее баритом. Было определено, что в тяжелом шпате содержится неизвестный металл, который без особой фантазии назвали барий (Barium) — тяжелый.

Познавательно: русские химики, как и зарубежные, называли барием металл, а баритом окись бария. А вот минералог Страхов дал свое название — тяжелец.

Свойства ?

Химический элемент барий (Barium) в периодической таблице Менделеева находится в VI периоде, во 2 группе. Барий относится к металлам.

Строением атома обусловлены свойства металла, его высокая химическая активность. Это сильнейший восстановитель. По этой причине его, как и металлический натрий, хранят в керосине или петролейном эфире.

Охотно взаимодействует с галогенами.
При нагреве реагирует с серой и водородом.
Энергично взаимодействует с кислотами.

Это щелочноземельный металл, ковкий, мягкий. Цвет имеет серебристо-белый.

У металла много изотопов. Природный барий состоит из 6 стабильных изотопов, и одного нестабильного. Период полураспада у него больше, чем возраст Вселенной.

Чаще всего проявляет степень окисления +2. Встречаются соединения со степенью окисления +1 (BaCl).

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

Добыча ⛏️

Основные местонахождения месторождений находятся в Англии, Румынии, на территории бывших республик СССР.

Главная руда — барит, тяжелый шпат.

барит;
витерит;
нитробарит;
цельзиан;
гиалофан.

Металл из минералов ?

В получении бария лидирует Китай (более 50%).

Применение ⚙️

Области использования Barium и его соединений обширна.

Соединение бария	Применение
Хроматы и манганаты	Наполнители в производстве резин и бумаги. Хорошие пигменты
Титанат	Хороший сегнетоэлектрик
Оксиды, пероксиды, гидроксиды	В пиротехнике; в производстве перекиси водорода
Перхлорат	Отличный осушитель
Платиноцианид	Для производства флуоресцирующих экранов
Цирконат	Обладает хорошими огнеупорными свойствами; применяется в производстве керамических изделий
Сульфид	С его помощью получают соли бария
Ацетат	Для окрашивания ситцевых и шерстяных тканей

Активный металл применяют в производстве типографских шрифтов. Металл входит в состав антифрикционных сплавов.

Металл и человек ?

Воздействие на человека металла изучено медиками. Чистый BaSO4 почти не опасен. Он используется при рентгеновском исследовании ЖКТ.

Особенно уязвимы для ионов металла:

глаза;
сердце;
иммунная система;
кожа.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Барий

Мягкий, слегка вязкий серебристо-белый металл

Барий / Barium (Ba), 56

0,89 (шкала Полинга)

Ба́рий — 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 барий (CAS-номер: 7440-39-3) — мягкий, ковкий щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью.

Содержание

История

Барий был открыт в виде оксида BaO в 1774 г. Карлом Шееле и Юханом Ганом [2] . 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», так как его оксид (BaO) был охарактеризован, как имеющий необычно высокую для таких веществ плотность.

Содержание бария в земной коре составляет 0,05 % по массе; в морской воде среднее содержание бария составляет 0,02 мг/литр. 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

Природный 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

Основное сырье 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):

Металлический барий получают из оксида восстановлением алюминием в вакууме при 1200—1250 °C:

Очищают барий перегонкой в вакууме или зонной плавкой.

Физические свойства

Барий — 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. [3]

Хранят металлический барий в керосине или под слоем парафина.

Химические свойства

Барий — щёлочноземельный металл. На воздухе барий быстро окисляется, образуя смесь оксид бария BaO и нитрид 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.

Легко вступает в реакцию с галогенами, образуя галогениды.

При нагревании с водородом образует гидрид бария BaH₂, который в свою очередь с гидридом лития LiH дает комплекс Li[BaH₃].

Реагирует при нагревании с аммиаком:

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

С жидким аммиаком дает темно-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 углем.

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 [4] .

Соединения бария окрашивают пламя в желто-зеленый 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 (зеленый 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 применяется 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 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 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 соединений бария в медицине

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

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, 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, твердый неправильный пульс, судороги, позже возможны и параличи, синюха 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 тяжелого отравления смерть наступает внезапно или в течение одних суток. Тяжелые отравления наступают при приеме внутрь 0,2 — 0,5 г солей бария, смертельная доза 0,8 — 0,9 г.

Для оказании первой помощи необходимо промыть желудок 1%-ным раствором сульфата натрия или магния. Клизмы из 10%-ных растворов тех же солей. Приём внутрь раствора тех же солей (20,0 ч. соли на 150,0 ч. воды) по столовой ложке каждые 5 мин. Рвотные средства для удаления из желудка образовавшегося нерастворимого сульфата бария. Внутривенно 10-20 мл 3%-ного раствора сульфата натрия. Подкожно — камфора, кофеин, лобелин — по показаниям. Тепло на ноги. Внутрь слизистые супы и молоко.

Читайте также: