Елемент 56: Барій

1. Елементарний вступБарій,
Лужноземельний метал, хімічний символ якого — Ba, розташований у IIA групі шостого періоду періодичної таблиці. Це м’який лужноземельний метал зі сріблясто-білим блиском і найактивніший елемент серед лужноземельних металів. Назва елемента походить від грецького слова beta alpha ρύς (barys), що означає «важкий».

2. Короткий огляд історії
Сульфіди лужноземельних металів проявляють фосфоресценцію, тобто вони продовжують випромінювати світло протягом певного періоду часу в темряві після впливу світла. Сполуки барію почали привертати увагу людей саме завдяки цій характеристикі. У 1602 році швець на ім'я Касіо Лауро в місті Болонья, Італія, обпалив барит, що містив сульфат барію, разом з легкозаймистими речовинами та виявив, що він може випромінювати світло в темряві, що викликало інтерес у вчених того часу. Пізніше цей тип каменю назвали полонітом і викликали інтерес європейських хіміків до аналітичних досліджень. У 1774 році шведський хімік К. В. Шеле виявив, що оксид барію є відносно важким новим ґрунтом, який він назвав «Баритом» (важкий ґрунт). У 1774 році Шелер вважав, що цей камінь є поєднанням нового ґрунту (оксиду) та сірчаної кислоти. У 1776 році він нагрів нітрат у цьому новому ґрунті, щоб отримати чистий ґрунт (оксид). У 1808 році британський хімік Г. Деві використав ртуть як катод і платину як анод для електролізу бариту (BaSO4) з метою отримання амальгами барію. Після дистиляції для видалення ртуті був отриманий метал низької чистоти, названий на честь грецького слова barys (важкий). Символ елемента встановлено як Ba, що називаєтьсябарій.

3. Фізичні властивості
Барій— сріблясто-білий метал з температурою плавлення 725 °C, температурою кипіння 1846 °C, густиною 3,51 г/см3 та пластичністю. Основними рудами барію є барит та арсенопірит.

4.Барій— хімічний елемент з хімічними властивостями.
Хімічний символ Ba, атомний номер 56, належить до періодичної системи IIA групи та є представником лужноземельних металів. Барій має високу хімічну активність і є найактивнішим серед лужноземельних металів. З потенціалу та енергії іонізації видно, що барій має сильну відновлюваність. Фактично, якщо враховувати лише втрату першого електрона, барій має найсильнішу відновлюваність у воді. Однак барію відносно важко втратити другий електрон. Тому, враховуючи всі фактори, відновлюваність барію значно знизиться. Тим не менш, він також є одним з найбільш реакційноздатних металів у кислих розчинах, поступаючись лише літію, цезію, рубідію та калію.

5. Основні сполуки
1). Оксид барію повільно окислюється на повітрі, утворюючи оксид барію, який являє собою безбарвний кубічний кристал. Розчинний у кислоті, нерозчинний в ацетоні та аміачній воді. Реагує з водою, утворюючи гідроксид барію, який є токсичним. При горінні він виділяє зелене полум'я та утворює пероксид барію.
2). Пероксид барію реагує з сірчаною кислотою з утворенням пероксиду водню. Ця реакція базується на принципі отримання пероксиду водню в лабораторії.
3). Гідроксид барію реагує з водою з утворенням гідроксиду барію та газоподібного водню. Через низьку розчинність гідроксиду барію та його високу енергію сублімації реакція не така інтенсивна, як у лужних металів, і утворений гідроксид барію затьмарює видимість. Невелика кількість вуглекислого газу вводиться в розчин для утворення осаду карбонату барію, а надлишок вуглекислого газу додатково вводиться для розчинення осаду карбонату барію та утворення розчинного бікарбонату барію.
4). Амінобарій може розчинятися в рідкому аміаку, утворюючи синій розчин з парамагнетизмом та провідністю, який по суті утворює електрони аміаку. Після тривалого періоду зберігання водень в аміаку відновлюється до газоподібного водню за допомогою електронів аміаку, і загальна реакція полягає в реакції барію з рідким аміаком з утворенням амінобарію та газоподібного водню.
5). Сульфіт барію — це білий кристал або порошок, токсичний, малорозчинний у воді, який поступово окислюється до сульфату барію на повітрі. Розчиняється в неокислювальних сильних кислотах, таких як хлоридна кислота, з утворенням газоподібного діоксиду сірки з різким запахом. При контакті з окислювальними кислотами, такими як розведена азотна кислота, він може перетворитися на сульфат барію.
6). Сульфат барію має стабільні хімічні властивості, а частина сульфату барію, розчинена у воді, повністю іонізована, що робить його сильним електролітом. Сульфат барію нерозчинний у розведеній азотній кислоті. В основному використовується як контрастний агент для шлунково-кишкового тракту.
Карбонат барію токсичний і майже нерозчинний у холодній воді. Мало розчинний у воді, що містить вуглекислий газ, і розчинний у розведеній хлоридній кислоті. Він реагує із сульфатом натрію, утворюючи більш нерозчинний білий осад сульфату барію – тенденція перетворення між осадами у водному розчині: його легко перейти в більш нерозчинний напрямок.

6. Галузі застосування
1. Його використовують у промислових цілях у виробництві солей барію, сплавів, феєрверків, ядерних реакторів тощо. Він також є чудовим розкислювачем для рафінування міді. Широко використовується у сплавах, включаючи свинцеві, кальцієві, магнієві, натрієві, літієві, алюмінієві та нікелеві сплави. Металевий барій може бути використаний як дегазатор для видалення слідів газів з вакуумних ламп та електронно-променевих трубок, а також як дегазатор для рафінування металів. Нітрат барію, змішаний з хлоратом калію, порошком магнію та каніфоллю, може бути використаний для виготовлення сигнальних ракет та феєрверків. Розчинні сполуки барію зазвичай використовуються як інсектициди, такі як хлорид барію, для боротьби з різними шкідниками рослин. Його також можна використовувати для очищення розсолу та котлової води для виробництва електролітичної каустичної соди. Також використовується для приготування пігментів. Текстильна та шкіряна промисловість використовують його як протраву та матирувальний агент для штучного шовку.
2. Сульфат барію для медичного застосування є допоміжним препаратом для рентгенівських досліджень. Білий порошок без запаху та смаку, речовина, яка може забезпечити позитивний контраст в організмі під час рентгенівського дослідження. Медичний сульфат барію не абсорбується у шлунково-кишковому тракті та не викликає алергічних реакцій. Він не містить розчинних сполук барію, таких як хлорид барію, сульфід барію та карбонат барію. В основному використовується для візуалізації шлунково-кишкового тракту, іноді використовується для інших цілей обстеження.

7. Спосіб приготування
Промислове виробництвометалевий барійподіляється на два етапи: виробництво оксиду барію та термічне відновлення металу (термічне відновлення алюмінію). При температурі 1000-1200 ℃,металевий барійможна отримати шляхом відновлення оксиду барію металевим алюмінієм, а потім очистити вакуумною дистиляцією. Метод термічного відновлення алюмінію для отримання металевого барію: через різні співвідношення інгредієнтів, можуть бути дві реакції відновлення оксиду барію алюмінієм. Рівняння реакції таке: обидві реакції можуть утворювати лише невелику кількість барію при 1000-1200 ℃. Тому необхідно використовувати вакуумний насос для безперервного переміщення парів барію із зони реакції в зону холодної конденсації, щоб реакція продовжувала рухатися вправо. Залишок після реакції є токсичним і потребує обробки перед утилізацією.