Bario. propiedades del bario
Con la fórmula química BaSO 4 . Es un polvo blanco inodoro, insoluble en agua. Su blancura y opacidad, así como su alta densidad, definen sus principales aplicaciones.
Historial de nombres
El bario pertenece a los metales alcalinotérreos. Estos últimos se llaman así porque, según D. I. Mendeleev, sus compuestos forman una masa insoluble de la tierra y los óxidos "tienen una apariencia terrosa". El bario se encuentra en la naturaleza en forma de barita mineral, que es sulfato de bario con varias impurezas.
Fue descubierto por primera vez por los químicos suecos Scheele y Hahn en 1774 como parte del llamado mástil pesado. De aquí vino el nombre del mineral (del griego "baris" - pesado), y luego el metal mismo, cuando en 1808 fue aislado en su forma pura por Humphry Devi.
Propiedades físicas
Dado que BaSO 4 es una sal de ácido sulfúrico, sus propiedades físicas están determinadas en parte por el propio metal, que es blando, reactivo y de color blanco plateado. La barita natural es incolora (a veces blanca) y transparente. BaSO 4 químicamente puro tiene un color de blanco a amarillo pálido, no es inflamable, con un punto de fusión de 1580°C.
¿Cuál es la masa del sulfato de bario? Su masa molar es 233,43 g/mol. Tiene una gravedad específica inusualmente alta: de 4,25 a 4,50 g/cm 3 . Dada su insolubilidad en agua, su alta densidad lo hace indispensable como relleno para fluidos de perforación acuosos.
Propiedades químicas
BaSO 4 es uno de los compuestos menos solubles en agua. Se puede obtener a partir de dos sales altamente solubles. Tome una solución acuosa de sulfato de sodio - Na 2 SO 4. Su molécula en agua se disocia en tres iones: dos Na + y uno SO 4 2-.
Na 2 SO 4 → 2 Na + + SO 4 2-
Tomemos también una solución acuosa de cloruro de bario - BaCl 2, cuya molécula se disocia en tres iones: uno Ba 2+ y dos Cl - .
BaCl2 → Ba2+ + 2Cl-
Mezcle una solución acuosa de sulfato y una mezcla que contenga cloruro. El sulfato de bario se forma como resultado de la combinación de dos iones con la misma magnitud y carga opuesta en una molécula.
Ba 2+ + SO 4 2- → Ba SO 4
A continuación puedes ver la ecuación completa de esta reacción (la llamada ecuación molecular).
Na2SO4 + BaCl2 → 2NaCl + BaSO4
Como resultado, se forma un precipitado insoluble de sulfato de bario.
barita de productos básicos
En la práctica, la materia prima para la producción de sulfato de bario comercial destinado al uso en fluidos de perforación cuando se perforan pozos de petróleo y gas es, por regla general, barita mineral.
El término barita “primaria” se refiere a productos comerciales que incluyen materia prima (obtenida de minas y canteras) así como productos de simple enriquecimiento por métodos como lavado, sedimentación, separación en medios pesados, flotación. La mayor parte de la barita en bruto debe llevarse a un mínimo de pureza y densidad. El mineral que se utiliza como relleno se muele y se tamiza a un tamaño uniforme para que al menos el 97% de sus partículas tengan un tamaño de hasta 75 micras y no más del 30% sean menores de 6 micras. La barita primaria también debe ser lo suficientemente densa para tener una gravedad específica de 4,2 g/cm3 o superior, pero lo suficientemente blanda para no dañar los cojinetes.
Obtención de un producto químicamente puro
El mineral barita suele estar contaminado con diversas impurezas, principalmente óxidos de hierro, que lo tiñen de varios colores. Se procesa carbotérmicamente (se calienta con coque). El resultado es sulfuro de bario.
BaSO 4 + 4 C → Ba S + 4 CO
Este último, a diferencia del sulfato, es soluble en agua y reacciona fácilmente con oxígeno, halógenos y ácidos.
BaS + H 2 SO 4 → BaSO 4 + H 2 S
El ácido sulfúrico se utiliza para obtener un producto final de alta pureza. El sulfato de bario formado por este proceso a menudo se denomina blancfix, que significa "fijo blanco" en francés. A menudo se encuentra en productos de consumo como pinturas.
En condiciones de laboratorio, el sulfato de bario se forma combinando iones de bario e iones de sulfato en solución (ver arriba). Dado que el sulfato es la sal de bario menos tóxica debido a su insolubilidad, los desechos que contienen otras sales de bario a veces se tratan con sulfato de sodio para unir todo el bario, que es bastante tóxico.
Del sulfato al hidróxido y viceversa
Históricamente, la barita se ha utilizado para producir hidróxido de bario, Ba(OH) 2 , necesario para refinar azúcar. Este es generalmente un compuesto muy interesante y ampliamente utilizado en la industria. Es altamente soluble en agua, formando una solución conocida como agua de barita. Es conveniente usarlo para la unión de iones de sulfato en varias composiciones a través de la formación de BaSO 4 insoluble.
Vimos anteriormente que cuando se calienta en presencia de coque, es fácil obtener sulfuro de bario soluble en agua - BaS a partir de sulfato. Este último, al interactuar con el agua caliente, forma un hidróxido.
BaS + 2H 2 O → Ba(OH) 2 + H 2 S
El hidróxido de bario y el sulfato de sodio, tomados en soluciones, cuando se mezclan, darán un precipitado insoluble de sulfato de bario e hidróxido de sodio.
Ba(OH)2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaOH
Resulta que el sulfato de bario natural (barita) primero se convierte industrialmente en hidróxido de bario y luego sirve para obtener el mismo sulfato al limpiar varios sistemas de sal de iones de sulfato. Del mismo modo, la reacción también tendrá lugar durante la purificación de iones SO 4 2- a partir de una solución de sulfato de cobre. Si haces una mezcla de "hidróxido de bario + sulfato de cobre", el resultado es hidróxido de cobre y sulfato de bario insoluble.
CuSO4 + Ba(OH)2 → Cu(OH)2 + BaSO4 ↓
Incluso en reacción con el propio ácido sulfúrico, sus iones de sulfato se unirán completamente al bario.
Uso en fluidos de perforación
Alrededor del 80% de la producción mundial de sulfato de bario, barita purificada y molida, se consume como componente de los fluidos de perforación en la creación de pozos de petróleo y gas. Agregarlo aumenta la densidad del fluido inyectado en el pozo para resistir mejor la alta presión del yacimiento y evitar rupturas.
Cuando se perfora un pozo, la barrena atraviesa varias formaciones, cada una con sus propias características. Cuanto mayor sea la profundidad, mayor será el porcentaje de barita que debe estar presente en la estructura de la solución. Una ventaja adicional es que el sulfato de bario es una sustancia no magnética, por lo que no interfiere con varias mediciones de fondo de pozo que utilizan dispositivos electrónicos.
Industria de pinturas y papel
La mayor parte del BaSO 4 sintético se utiliza como componente del pigmento blanco para pinturas. Por lo tanto, blancfix mezclado con dióxido de titanio (TiO 2) se vende como una pintura al óleo blanca que se usa para pintar.
La combinación de BaSO 4 y ZnS (sulfuro de zinc) da un pigmento inorgánico llamado litopón. Se utiliza como recubrimiento para ciertos grados de papel fotográfico.
Más recientemente, se ha utilizado sulfato de bario para abrillantar papel destinado a impresoras de chorro de tinta.
Aplicaciones en la industria química y metalurgia no ferrosa
En la producción de polipropileno y poliestireno, el BaSO 4 se utiliza como relleno en proporciones de hasta el 70 %. Tiene el efecto de aumentar la resistencia de los plásticos a los ácidos y álcalis, así como de conferirles opacidad.
También se usa para producir otros compuestos de bario, en particular carbonato de bario, que se usa para fabricar vidrio LED para pantallas de televisión y computadoras (históricamente en tubos de rayos catódicos).
Los moldes utilizados en la fundición de metales a menudo se recubren con sulfato de bario para evitar la adhesión al metal fundido. Esto se hace en la fabricación de placas anódicas de cobre. Se vierten en moldes de cobre recubiertos con una capa de sulfato de bario. Cuando el cobre líquido se solidifica en una placa de ánodo terminada, se puede quitar fácilmente del molde.
dispositivos pirotécnicos
Dado que los compuestos de bario emiten luz verde cuando se queman, las sales de esta sustancia se utilizan a menudo en fórmulas pirotécnicas. Aunque el nitrato y el clorato son más comunes que el sulfato, este último se usa ampliamente como componente en las luces estroboscópicas pirotécnicas.
agente de contraste de rayos x
El sulfato de bario es un agente radiopaco que se usa para diagnosticar ciertos problemas médicos. Dado que tales sustancias son opacas a los rayos X (bloqueándolos como resultado de su alta densidad), las áreas del cuerpo en las que se localizan aparecen como áreas blancas en la película de rayos X. Esto crea la distinción necesaria entre un órgano (diagnosticado) y otros tejidos (alrededores). El contraste ayudará al médico a ver cualquier condición especial que pueda existir en ese órgano o parte del cuerpo.
El sulfato de bario se toma por vía oral o rectal con un enema. En el primer caso, hace que el esófago, el estómago o el intestino delgado se vuelvan opacos a los rayos X. Para que puedan ser fotografiados. Si la sustancia se administra con un enema, el intestino grueso o los intestinos se pueden ver y reparar con rayos X.
La dosis de sulfato de bario será diferente para diferentes pacientes, todo depende del tipo de prueba. El medicamento está disponible en forma de suspensión médica especial de bario o en tabletas. Diferentes pruebas que requieren equipo de contraste y rayos X requieren diferentes cantidades de suspensión (en algunos casos, es necesario un medicamento en forma de tableta). El agente de contraste solo debe usarse bajo la supervisión directa de un médico.
El bario es un elemento del subgrupo principal del segundo grupo, el sexto período del sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, con número atómico 56. Se designa con el símbolo Ba (lat. bario). Una sustancia simple es un metal alcalinotérreo de color blanco plateado suave y dúctil. Posee una alta actividad química.
Historia del descubrimiento del barioEl bario fue descubierto en forma de óxido BaO en 1774 por Karl Scheele. En 1808, el químico inglés Humphrey Davy produjo una amalgama de bario por electrólisis de hidróxido de bario húmedo con un cátodo de mercurio; después de evaporar el mercurio al calentarlo, aisló el bario metálico.
En 1774, el químico sueco Carl Wilhelm Scheele y su amigo Johan Gottlieb Hahn investigaron uno de los minerales más pesados, el espato pesado BaSO 4 . Lograron aislar la "tierra pesada" previamente desconocida, que más tarde se llamó barita (del griego βαρυς - pesada). Y después de 34 años, Humphry Davy, después de someter la tierra de barita húmeda a electrólisis, obtuvo de ella un nuevo elemento: el bario. Cabe señalar que en el mismo 1808, un poco antes que Davy, Jene Jacob Berzelius y sus colaboradores obtuvieron amalgamas de calcio, estroncio y bario. Así nació el elemento bario.
Los antiguos alquimistas calcinaban BaSO 4 con madera o carbón vegetal y obtenían "gemas boloñesas" fosforescentes. Pero químicamente, estas gemas no son BaO, sino BaS de sulfuro de bario.
origen del nombre
Obtuvo su nombre del griego barys - "pesado", ya que su óxido (BaO) se caracterizó por tener una densidad inusualmente alta para tales sustancias.
Encontrar bario en la naturalezaLa corteza terrestre contiene 0,05% de bario. Esto es mucho, mucho más que, digamos, plomo, estaño, cobre o mercurio. En su forma pura, no existe en la tierra: el bario es activo, está incluido en el subgrupo de los metales alcalinotérreos y, naturalmente, está bastante ligado a los minerales.
Los principales minerales de bario son el ya mencionado espato pesado BaSO 4 (más a menudo llamado barita) y witherita BaCO3, llamado así por el inglés William Withering (1741 ... 1799), quien descubrió este mineral en 1782. En una pequeña concentración de sales de bario se encuentran en muchas aguas minerales y agua de mar. El bajo contenido en este caso es una ventaja, no una desventaja, porque todas las sales de bario, excepto el sulfato, son venenosas.
Tipos de depósitos de barioPor asociaciones minerales, los minerales de barita se dividen en monominerales y complejos. Los complejos se subdividen en sulfuro de barita (contiene sulfuros de plomo, zinc, a veces cobre y pirita de hierro, con menos frecuencia Sn, Ni, Au, Ag), barita-calcita (contiene hasta un 75% de calcita), hierro-barita (contiene magnetita , hematita y goethita e hidrogoethita en las zonas superiores) y baritina-fluorita (a excepción de la baritina y la fluorita, suelen contener cuarzo y calcita, y en ocasiones están presentes sulfuros de zinc, plomo, cobre y mercurio como pequeñas impurezas).
Desde un punto de vista práctico, los depósitos monominerales de vetas hidrotermales, barita-sulfuro y barita-fluorita son de gran interés. Algunos depósitos laminares metasomáticos y placeres eluviales también tienen importancia industrial. Los depósitos sedimentarios, que son sedimentos químicos típicos de las cuencas hidrográficas, son raros y no juegan un papel significativo.
Como regla general, los minerales de barita contienen otros componentes útiles (fluorita, galena, esfalerita, cobre, oro en concentraciones industriales), por lo que se usan en combinación.
Isótopos de barioEl bario natural consiste en una mezcla de siete isótopos estables: 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 135 Ba, 136 Ba, 137 Ba, 138 Ba. Este último es el más frecuente (71,66%). También se conocen isótopos radiactivos de bario, el más importante de los cuales es 140 Ba. Se forma durante la desintegración del uranio, el torio y el plutonio.
Obtención de barioEl metal se puede obtener de varias formas, en particular, por electrólisis de una mezcla fundida de cloruro de bario y cloruro de calcio. Es posible obtener bario restituyéndolo a partir del óxido por el método aluminotérmico. Para ello, se cuece witherita con carbón y se obtiene óxido de bario:
BaCO3 + C → BaO + 2CO.
Luego, una mezcla de BaO con polvo de aluminio se calienta al vacío a 1250°C. Los vapores de bario reducido se condensan en las partes frías del tubo en el que tiene lugar la reacción:
3BaO + 2Al → Al 2 O 3 + 3Ba.
Es interesante que el peróxido de bario BaO 2 a menudo se incluya en la composición de las mezclas de ignición para la aluminotermia.
La obtención de óxido de bario por calcinación simple de witherita es difícil: la witherita se descompone solo a temperaturas superiores a 1800°C. Es más fácil obtener BaO calcinando nitrato de bario Ba (NO 3) 2:
2Ba (NO 3) 2 → 2BaO + 4NO 2 + O 2.
Tanto la electrólisis como la reducción de aluminio producen un metal blanco brillante blando (más duro que el plomo, pero más blando que el zinc). Funde a 710°C, hierve a 1638°C, su densidad es de 3,76 g/cm 3 . Todo esto corresponde plenamente a la posición del bario en el subgrupo de metales alcalinotérreos.
Hay siete isótopos naturales de bario. El más común de estos es el bario-138; es más del 70%.
El bario es muy activo. Se enciende automáticamente con el impacto, descompone fácilmente el agua y forma un hidrato de óxido de bario soluble:
Ba + 2H 2 O → Ba (OH) 2 + H 2.
Una solución acuosa de hidróxido de bario se llama agua de baritina. Esta "agua" se utiliza en química analítica para determinar el CO 2 en mezclas de gases. Pero esto ya es de la historia sobre el uso de compuestos de bario. El bario metálico casi no tiene aplicación práctica. En cantidades extremadamente pequeñas, se introduce en aleaciones para rodamientos e impresión. Una aleación de bario y níquel se usa en tubos de radio, el bario puro se usa solo en tecnología de vacío como captador (getter).
El bario metálico se obtiene a partir de óxido por reducción de aluminio al vacío a 1200-1250°C:
4BaO + 2Al \u003d 3Ba + BaAl 2 O 4.
El bario se purifica por destilación al vacío o fusión por zonas.
Preparación de titanio de bario. Conseguirlo es relativamente fácil. Witherite BaCO 3 a 700 ... 800 ° C reacciona con dióxido de titanio TYu 2, resulta justo lo que necesita:
BaCO 3 + TiO 2 → BaTiO 3 + CO 2.
Principal paseo. un método para obtener bario metálico a partir de BaO es su reducción con polvo A1: 4BaO + 2A1 -> 3Ba + BaO * A1 2 O 3. El proceso se lleva a cabo en un reactor a 1100-1200°C en atmósfera de Ar o al vacío (es preferible este último método). La relación molar de BaO:A1 es (1,5-2):1. El reactor se coloca en un horno para que la temperatura de su "parte fría" (los vapores de bario formados se condensan en él) sea de aproximadamente 520 ° C. Por destilación al vacío, el bario se purifica hasta un contenido de impurezas de menos de 10 ~ 4 % en peso, y cuando se usa fusión por zonas, hasta 10 ~ 6%.
También se obtienen pequeñas cantidades de bario por reducción de BaBeO 2 [sintetizado por fusión de Ba (OH) 2 y Be (OH) 2] a 1300 °C con titanio, así como por descomposición a 120 °C Ba (N 3 ) 2, formado durante el intercambio de cationes p- de sales de bario con NaN 3 .
Acetato Ba (OOCHN 3), - incoloro. cristales; p.f. 490°С (descomposición); denso 2,47 g/cm3; Sol. en agua (58,8 g por 100 g a 0°C). Por debajo de 25 ° C, el trihidrato cristaliza a partir de soluciones acuosas, a 25-41 ° C - monohidrato, por encima de 41 ° C - sal anhidra. Obtener interacción. Ba (OH) 2, VaCO 3 o BaS con CH 3 CO 2 H. Se utiliza como mordiente para teñir lana y chintz.
manganato (VI) BaMnO 4 - cristales verdes; no se descompone hasta los 1000°C. Obtenido por calcinación de una mezcla de Ba(NO 3) 2 con MnO 2 . Un pigmento (kassel o verde manganeso) comúnmente utilizado para la pintura al fresco.
Cromato (VI) ВаСrO 4 - cristales amarillos; p.f. 1380°C; - 1366,8 kJ/mol; Sol. en inorg. to-max, no sol. en agua. Obtener interacción. soluciones acuosas de Ba (OH) 2 o BaS con cromatos de metales alcalinos (VI). Pigmento (amarillo de barita) para cerámica. MPC 0,01 mg/m 3 (en términos de Cr0 3). Pirconate ВаZrО 3 - incoloro. cristales; p.f. ~269°С; - 1762 kJ/mol; Sol. en agua y soluciones acuosas de álcalis y NH 4 HCO 3, descompuestos por inorg fuerte. a-tami. Obtener interacción. ZrO 2 con BaO, Ba(OH) 2 o BaCO 3 cuando se calienta. Zirconato de Ba mezclado con ВаТiO 3 -piezoeléctrico.
Bromuro BaBr 2 - cristales blancos; p.f. 847°C; denso 4,79 g/cm3; -757 kJ/mol; bien sol. en agua, metanol, peor - en etanol. A partir de soluciones acuosas, el dihidrato cristaliza, convirtiéndose en un monohidrato a 75 ° C, en una sal anhidra, por encima de 100 ° C. En soluciones acuosas, la interacción. con CO 2 y O 2 del aire, formando VaCO 3 y Br 2. Obtenga la interacción BaBr 2. p-ditch acuoso Ba (OH) 2 o VaCO 3 con ácido bromhídrico.
Yoduro BaI 2 - incoloro. cristales; p.f. 740°С (descomposición); denso 5,15 g/cm3; . -607 kJ/mol; bien sol. en agua y etanol. A partir de soluciones de agua caliente, el dihidrato cristaliza (deshidratado a 150 ° C), por debajo de 30 ° C - hexahidrato. Obtenga la interacción VaI 2. agua p-zanja Ba (OH) 2 o VaCO 3 con ácido yodhídrico.
Propiedades físicas del barioEl bario es un metal maleable de color blanco plateado. Se rompe con un golpe fuerte. Hay dos modificaciones alotrópicas del bario: α-Ba con una red cúbica centrada en el cuerpo es estable hasta 375 °C (parámetro a = 0,501 nm), β-Ba es estable por encima.
Dureza en escala mineralógica 1,25; en la escala de Mohs 2.
El bario metálico se almacena en queroseno o bajo una capa de parafina.
Propiedades químicas del barioEl bario es un metal alcalinotérreo. Se oxida intensamente en el aire, formando óxido de bario BaO y nitruro de bario Ba 3 N 2, y se enciende cuando se calienta ligeramente. Reacciona vigorosamente con agua, formando hidróxido de bario Ba (OH) 2:
Ba + 2H 2 O \u003d Ba (OH) 2 + H 2
Interactúa activamente con ácidos diluidos. Muchas sales de bario son insolubles o ligeramente solubles en agua: sulfato de bario BaSO 4, sulfito de bario BaSO 3, carbonato de bario BaCO 3, fosfato de bario Ba 3 (PO 4) 2. El sulfuro de bario BaS, a diferencia del sulfuro de calcio CaS, es altamente soluble en agua.
Natural el bario tiene siete isótopos estables desde mayo. capítulos 130, 132, 134-137 y 138 (71,66%). La sección eficaz de captura de neutrones térmicos es de 1,17-10 28 m 2 . Configuración externa capa de electrones 6s 2 ; estado de oxidación + 2, raramente + 1; energía de ionización Ba° -> Ba + -> Ba 2+ resp. 5,21140 y 10,0040 eV; electronegatividad de Pauling 0,9; radio atómico 0,221 nm, radio iónico Ba 2+ 0,149 nm (número de coordinación 6).
Reacciona fácilmente con halógenos para formar haluros.
Cuando se calienta con hidrógeno, forma hidruro de bario BaH 2 , que, a su vez, con hidruro de litio LiH da el complejo de Li.
Reacciona al calentar con amoníaco:
6Ba + 2NH3 = 3BaH2 + Ba3N2
El nitruro de bario Ba 3 N 2 reacciona con el CO cuando se calienta, formando cianuro:
Ba3N2 + 2CO = Ba(CN)2 + 2BaO
Con el amoníaco líquido, da una solución de color azul oscuro, de la que se puede aislar el amoníaco, que tiene un brillo dorado y se descompone fácilmente con la eliminación de NH 3. En presencia de un catalizador de platino, el amoníaco se descompone para formar amida de bario:
Ba (NH 2 ) 2 + 4NH 3 + H 2
El carburo de bario BaC 2 se puede obtener calentando BaO con carbón en un horno de arco.
Con fósforo forma el fosfuro Ba 3 P 2 .
El bario reduce los óxidos, haluros y sulfuros de muchos metales al metal correspondiente.
Aplicación de barioUna aleación de bario con A1 (aleación de alba, 56% Ba) es la base de getters (captadores). Para obtener el getter en sí, el bario se evapora de la aleación mediante calentamiento de alta frecuencia en un matraz al vacío del dispositivo; espejo de bario (o recubrimiento difuso durante la evaporación en una atmósfera de nitrógeno). La parte activa de la gran mayoría de los cátodos termoiónicos es BaO. El bario también se utiliza como desoxidante de Cu y Pb, como aditivo de antifricciones. aleaciones, metales ferrosos y no ferrosos, así como aleaciones, a partir de las cuales se fabrican fuentes tipográficas para aumentar su dureza. Las aleaciones de bario con Ni se utilizan para la fabricación de electrodos para calentadores en motores internos. combustión y en radiotubos. 140 Va (T 1/2 12,8 días) es un indicador isotópico utilizado en el estudio de compuestos de bario.
El metal de bario, a menudo en una aleación con aluminio, se utiliza como absorbente en dispositivos electrónicos de alto vacío.
Material anticorrosiónEl bario se añade junto con el zirconio a los refrigerantes metálicos líquidos (aleaciones de sodio, potasio, rubidio, litio, cesio) para reducir la agresividad de estos últimos en las tuberías y en la metalurgia.
El fluoruro de bario se utiliza en forma de monocristales en óptica (lentes, prismas).
El peróxido de bario se usa para pirotecnia y como agente oxidante. El nitrato de bario y el clorato de bario se utilizan en pirotecnia para dar color a las llamas (fuego verde).
El cromato de bario se utiliza en la producción de hidrógeno y oxígeno por el método termoquímico (ciclo Oak Ridge, EE. UU.).
El óxido de bario, junto con óxidos de cobre y metales de tierras raras, se utiliza para sintetizar cerámicas superconductoras que funcionan a temperaturas de nitrógeno líquido y superiores.
El óxido de bario se usa para fundir un tipo especial de vidrio que se usa para recubrir barras de uranio. Uno de los tipos generalizados de tales vidrios tiene la siguiente composición (óxido de fósforo - 61%, BaO - 32%, óxido de aluminio - 1,5%, óxido de sodio - 5,5%). En la fabricación de vidrio para la industria nuclear también se utiliza fosfato de bario.
El fluoruro de bario se utiliza en baterías de flúor de estado sólido como componente del electrolito de fluoruro.
El óxido de bario se utiliza en potentes baterías de óxido de cobre como componente de la masa activa (óxido de bario-óxido de cobre).
El sulfato de bario se utiliza como expansor de masa activo de electrodo negativo en la producción de baterías de plomo-ácido.
Se añade carbonato de bario BaCO 3 a la masa de vidrio para aumentar el índice de refracción del vidrio. El sulfato de bario se utiliza en la industria del papel como relleno; la calidad del papel está determinada en gran medida por su peso, la barita BaSO 4 hace que el papel sea más pesado. Esta sal está necesariamente incluida en todos los grados caros de papel. Además, el sulfato de bario se usa ampliamente en la producción de pintura blanca de litopón, producto de la reacción de soluciones de sulfuro de bario con sulfato de zinc:
BaS + ZnSO 4 → BaSO 4 + ZnS.
Ambas sales, que tienen un color blanco, precipitan, queda agua pura en la solución.
Cuando se perforan pozos profundos de petróleo y gas, se utiliza una suspensión de sulfato de bario en agua como fluido de perforación.
Otra sal de bario encuentra usos importantes. Este es el titanato de bario BaTiO 3, uno de los ferroeléctricos más importantes (los ferroeléctricos se polarizan solos, sin exposición a un campo externo. Entre los dieléctricos, se destacan de la misma manera que los materiales ferromagnéticos entre los conductores. La capacidad para tal polarización es mantenido solo a cierta temperatura Los ferroeléctricos polarizados difieren de una constante dieléctrica más alta), que se consideran materiales eléctricos muy valiosos.
En 1944, esta clase se complementó con titanato de bario, cuyas propiedades ferroeléctricas fueron descubiertas por el físico soviético B.M. Vulom. Una característica del titanato de bario es que retiene las propiedades ferroeléctricas en un rango de temperatura muy amplio, desde cerca del cero absoluto hasta +125 °C.
El bario también se ha utilizado en medicina. Su sal de sulfato se utiliza en el diagnóstico de enfermedades gástricas. BaSO 4 se mezcla con agua y se deja tragar por el paciente. El sulfato de bario es opaco a los rayos X y, por lo tanto, aquellas partes del tracto digestivo a través de las cuales pasa la "papilla de bario" permanecen oscuras en la pantalla. Entonces, el médico tiene una idea sobre la forma del estómago y los intestinos, determina el lugar donde puede ocurrir una úlcera.
El efecto del bario en el cuerpo humano.
Vías de entrada al cuerpo.
La principal forma en que el bario ingresa al cuerpo humano es a través de los alimentos. Por lo tanto, algunos habitantes marinos pueden acumular bario del agua circundante y en concentraciones de 7 a 100 (y para algunas plantas marinas hasta 1000) veces más altas que su contenido en el agua de mar. Algunas plantas (soja y tomates, por ejemplo) también pueden acumular bario del suelo de 2 a 20 veces. Sin embargo, en áreas donde la concentración de bario en el agua es alta, el agua potable también puede contribuir a la ingesta total de bario. La entrada de bario del aire es insignificante.
Peligro para la salud.
En el curso de estudios epidemiológicos científicos realizados bajo los auspicios de la OMS, no se han confirmado datos sobre la relación entre la mortalidad por enfermedades cardiovasculares y el contenido de bario en el agua potable. En estudios a corto plazo en voluntarios, no hubo efectos adversos en el sistema cardiovascular con concentraciones de bario de hasta 10 mg/l. Es cierto que en experimentos con ratas, cuando estas últimas consumieron agua incluso con un bajo contenido de bario, se observó un aumento en la presión arterial sistólica. Esto indica el peligro potencial de un aumento en la presión arterial en humanos con el uso prolongado de agua que contiene bario (USEPA tiene tales datos).
Los datos de la USEPA también sugieren que incluso un solo trago de agua que contiene mucho más que el contenido máximo de bario puede provocar debilidad muscular y dolor abdominal. Sin embargo, es necesario tener en cuenta que el estándar de bario establecido por el estándar de calidad de la USEPA (2,0 mg/l) supera significativamente el valor recomendado por la OMS (0,7 mg/l). Las normas sanitarias rusas establecen un valor MPC aún más estricto para el bario en el agua: 0,1 mg/l. Tecnologías de eliminación de agua: intercambio iónico, ósmosis inversa, electrodiálisis.
DEFINICIÓN
Bario se ubica en el sexto periodo del grupo II del subgrupo principal (A) de la Tabla Periódica.
pertenece a la familia s-elementos. Metal. Designación - Ba. Número ordinal - 56. Masa atómica relativa - 137,34 a.m.u.
La estructura electrónica del átomo de bario.
El átomo de bario consiste en un núcleo cargado positivamente (+56), dentro del cual hay 56 protones y 81 neutrones, y 56 electrones se mueven en seis órbitas.
Figura 1. Estructura esquemática del átomo de bario.
La distribución de electrones en los orbitales es la siguiente:
56Ba) 2) 8) 18) 18) 8) 2 ;
1s 2 2s 2 2pags 6 3s 2 3pags 6 3d 10 4s 2 4pags 6 4d 10 5s 2 5pags 6 6s 2 .
El nivel de energía exterior del átomo de bario contiene 2 electrones, que son de valencia. El diagrama de energía del estado fundamental toma la siguiente forma:
El átomo de bario se caracteriza por la presencia de un estado excitado. electrones 6 s- los subniveles no están emparejados y uno de ellos ocupa un orbital vacío 6 pags- subnivel:
La presencia de dos electrones desapareados indica que el bario tiene un estado de oxidación de +2.
Los electrones de valencia de un átomo de bario se pueden caracterizar por un conjunto de cuatro números cuánticos: norte(cuántico principal), yo(orbital), m l(magnético) y s(girar):
|
subnivel |
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Ejemplos de resolución de problemas
EJEMPLO 1
DEFINICIÓN
Bario es el quincuagésimo sexto elemento de la tabla periódica. Designación - Ba del latín "bario". Ubicado en el sexto período, grupo IIA. Se refiere a los metales. La carga principal es 56.
El bario se presenta en la naturaleza principalmente como sulfatos y carbonatos, formando los minerales baritina BaSO 4 y witherita BaCO 3 . El contenido de bario en la corteza terrestre es del 0,05% (peso), que es mucho menor que el contenido de calcio.
En forma de sustancia simple, el bario es un metal blanco plateado (Fig. 1), que en el aire está cubierto con una película amarillenta de productos de interacción con las partes constituyentes del aire. El bario es similar en dureza al plomo. Densidad 3,76 g/cm3. Punto de fusión 727 o C, punto de ebullición 1640 o C. Tiene una red cristalina centrada en el cuerpo.
Arroz. 1. Bario. Apariencia.
Peso atómico y molecular del bario.
DEFINICIÓN
Peso molecular relativo de una sustancia.(M r) es un número que muestra cuántas veces la masa de una molécula dada es mayor que 1/12 de la masa de un átomo de carbono, y masa atómica relativa de un elemento(A r) - cuantas veces la masa promedio de átomos de un elemento químico es mayor que 1/12 de la masa de un átomo de carbono.
Dado que el bario existe en estado libre en forma de moléculas monoatómicas de Ba, los valores de sus masas atómica y molecular coinciden. Son iguales a 137.327.
Isótopos de bario
Se sabe que el bario puede presentarse en la naturaleza en forma de siete isótopos estables 130Ba, 132Ba, 134Ba, 135Ba, 136Ba, 137Ba y 138Ba, de los cuales el 137Ba es el más común (71,66 %). Sus números de masa son 130, 132, 134, 135, 136, 137 y 138, respectivamente. El núcleo del átomo del isótopo de bario 130 Ba contiene cincuenta y seis protones y setenta y cuatro neutrones, y los isótopos restantes difieren de él solo en el número de neutrones.
Hay isótopos de bario inestables artificiales con números de masa de 114 a 153, así como diez estados isoméricos de núcleos, entre los cuales el isótopo 133 Ba con una vida media de 10,51 años es el más longevo.
iones de bario
En el nivel de energía exterior del átomo de bario, hay dos electrones que son de valencia:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 6s 2 .
Como resultado de la interacción química, el bario cede sus electrones de valencia, es decir, es su donante, y se convierte en un ion cargado positivamente:
Ba 0 -2e → Ba 2+.
Átomo y molécula de bario
En estado libre, el bario existe en forma de moléculas monoatómicas de Ba. Aquí hay algunas propiedades que caracterizan el átomo y la molécula de bario:
Ejemplos de resolución de problemas
EJEMPLO 1
En 1808, Davy Humphrey obtuvo bario en forma de amalgama por electrólisis de sus compuestos.
Recibo:
En la naturaleza, forma los minerales baritina BaSO 4 y witherita BaCO 3 . Obtenido por aluminotermia o descomposición de azida:
3BaO+2Al=Al2O3+3Ba
Ba(N 3) 2 \u003d Ba + 3N 2
Propiedades físicas:
Un metal blanco plateado con un punto de fusión y ebullición más alto y una mayor densidad que los metales alcalinos. Muy suave. Tm.= 727°C.
Propiedades químicas:
El bario es el agente reductor más fuerte. En el aire, se cubre rápidamente con una película de óxido, peróxido y nitruro de bario, se enciende cuando se calienta o simplemente se tritura. Interactúa vigorosamente con halógenos, cuando se calienta con hidrógeno y azufre.
El bario reacciona vigorosamente con agua y ácidos. Almacene, como los metales alcalinos, en queroseno.
En compuestos, exhibe un estado de oxidación de +2.
Las conexiones más importantes:
óxido de bario Un sólido que reacciona vigorosamente con agua para formar hidróxido. Absorbe el dióxido de carbono, convirtiéndose en carbonato. Cuando se calienta a 500 ° C, reacciona con el oxígeno para formar peróxido
peróxido de bario BaO 2 , sustancia blanca, poco soluble, agente oxidante. Utilizado en pirotecnia, para producir peróxido de hidrógeno, lejía.
hidróxido de bario Ba(OH) 2 , Ba(OH) 2 octahidrato *8H 2 O, incoloro. cristal, álcali. Se utiliza para detectar iones de sulfato y carbonato, para purificar grasas vegetales y animales.
sales de bario cristales incoloros. sustancias Las sales solubles son altamente tóxicas.
Cloruro el bario se obtiene por la interacción del sulfato de bario con carbón y cloruro de calcio a 800°C - 1100°C. Reactivo para ion sulfato. utilizado en la industria del cuero.
Nitrato bario, nitrato de bario, un componente de las composiciones pirotécnicas verdes. Cuando se calienta, se descompone para formar óxido de bario.
Sulfato el bario es prácticamente insoluble en agua y en ácidos, por lo que es ligeramente tóxico. utilizado para blanquear papel, para fluoroscopia, relleno de hormigón de barita (protección contra la radiación radiactiva).
Solicitud:
El bario metálico se utiliza como componente de varias aleaciones, como desoxidante en la producción de cobre y plomo. Las sales de bario solubles son venenosas, MPC 0,5 mg/m 3 . Ver también:
SI. Venetsky Sobre raro y disperso. Historias metaleras.
