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.
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.
Этапы процесса:
- 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.
Загрузка...
