Bar. właściwości baru
O wzorze chemicznym BaSO 4 . Jest to bezwonny biały proszek, nierozpuszczalny w wodzie. Jego biel i nieprzezroczystość, a także wysoka gęstość określają jego główne zastosowania.
Historia nazw
Bar należy do metali ziem alkalicznych. Te ostatnie są tak nazwane, ponieważ według DI Mendelejewa ich związki tworzą nierozpuszczalną masę ziemi, a tlenki „mają ziemisty wygląd”. Bar występuje w naturze w postaci mineralnego barytu, który jest siarczanem baru z różnymi zanieczyszczeniami.
Po raz pierwszy odkryli go szwedzcy chemicy Scheele i Hahn w 1774 roku jako część tak zwanego ciężkiego drzewca. Stąd wzięła się nazwa minerału (z greckiego „baris” – ciężki), a potem sam metal, gdy w 1808 roku wyizolował go w czystej postaci Humphry Devi.
Właściwości fizyczne
Ponieważ BaSO 4 jest solą kwasu siarkowego, jego właściwości fizyczne są częściowo określone przez sam metal, który jest miękki, reaktywny i srebrzystobiały. Naturalny baryt jest bezbarwny (czasami biały) i przezroczysty. Chemicznie czysty BaSO 4 ma barwę od białej do bladożółtej, jest niepalny, o temperaturze topnienia 1580°C.
Jaka jest masa siarczanu baru? Jego masa molowa wynosi 233,43 g/mol. Ma niezwykle wysoki ciężar właściwy - od 4,25 do 4,50 g/cm 3 . Biorąc pod uwagę jego nierozpuszczalność w wodzie, jego duża gęstość czyni go niezastąpionym jako wypełniacz do wodnych płuczek wiertniczych.
Właściwości chemiczne
BaSO 4 jest jednym z najsłabiej rozpuszczalnych związków w wodzie. Można go otrzymać z dwóch dobrze rozpuszczalnych soli. Weź wodny roztwór siarczanu sodu - Na 2 SO 4. Jego cząsteczka w wodzie dysocjuje na trzy jony: dwa Na + i jeden SO 4 2-.
Na2SO4 → 2Na + + SO4 2-
Weźmy również wodny roztwór chlorku baru - BaCl 2 , którego cząsteczka dysocjuje na trzy jony: jeden Ba 2+ i dwa Cl - .
BaCl2 → Ba2+ + 2Cl -
Wymieszać wodny roztwór siarczanu i mieszaninę zawierającą chlorek. Siarczan baru powstaje w wyniku połączenia dwóch jonów o tej samej wielkości i przeciwnych ładunkach w jedną cząsteczkę.
Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4
Poniżej możesz zobaczyć pełne równanie tej reakcji (tzw. równanie molekularne).
Na2SO4 + BaCl2 → 2NaCl + BaSO4
W rezultacie powstaje nierozpuszczalny osad siarczanu baru.
Baryt towarowy
W praktyce surowcem do produkcji komercyjnego siarczanu baru przeznaczonego do stosowania w płuczkach wiertniczych przy wierceniu odwiertów naftowych i gazowych jest z reguły mineralny baryt.
Określenie baryt „pierwotny” odnosi się do produktów handlowych, do których zalicza się surowiec (pozyskiwany z kopalń i kamieniołomów) oraz produkty prostego wzbogacania metodami takimi jak płukanie, sedymentacja, separacja w ciężkich mediach, flotacja. Większość surowego barytu należy doprowadzić do minimalnej czystości i gęstości. Minerał używany jako wypełniacz jest mielony i przesiewany do jednolitej wielkości, tak aby co najmniej 97% jego cząstek miało rozmiar do 75 mikronów, a nie więcej niż 30% było mniejszych niż 6 mikronów. Pierwotny baryt musi być również wystarczająco gęsty, aby mieć ciężar właściwy 4,2 g/cm3 lub wyższy, ale wystarczająco miękki, aby nie uszkodzić łożysk.
Otrzymanie chemicznie czystego produktu
Baryt mineralny jest często zanieczyszczony różnymi zanieczyszczeniami, głównie tlenkami żelaza, które barwią go na różne kolory. Jest przetwarzany karbotermicznie (ogrzewany koksem). Rezultatem jest siarczek baru.
BaS04 + 4 C → BaS + 4 CO
Ten ostatni, w przeciwieństwie do siarczanu, jest rozpuszczalny w wodzie i łatwo reaguje z tlenem, halogenami i kwasami.
BaS + H2SO4 → BaSO4 + H2S
Kwas siarkowy służy do uzyskania produktu końcowego o wysokiej czystości. Siarczan baru utworzony w tym procesie jest często określany jako blancfix, co po francusku oznacza „biały utrwalony”. Często występuje w produktach konsumenckich, takich jak farby.
W warunkach laboratoryjnych siarczan baru powstaje przez połączenie jonów baru i jonów siarczanowych w roztworze (patrz wyżej). Ponieważ siarczan jest najmniej toksyczną solą baru ze względu na jego nierozpuszczalność, odpady zawierające inne sole baru są czasami traktowane siarczanem sodu w celu związania całego baru, który jest dość toksyczny.
Od siarczanu do wodorotlenku iz powrotem
W przeszłości baryt był używany do produkcji wodorotlenku baru, Ba(OH) 2 , potrzebnego w rafinacji cukru. Jest to generalnie bardzo ciekawy i szeroko stosowany związek w przemyśle. Jest dobrze rozpuszczalny w wodzie, tworząc roztwór znany jako woda barytowa. Jest wygodny w użyciu do wiązania jonów siarczanowych w różnych składach poprzez tworzenie nierozpuszczalnego BaSO4.
Widzieliśmy powyżej, że po podgrzaniu w obecności koksu łatwo jest uzyskać rozpuszczalny w wodzie siarczek baru - BaS z siarczanu. Ten ostatni podczas interakcji z gorącą wodą tworzy wodorotlenek.
BaS + 2H2O → Ba(OH)2 + H2S
Wodorotlenek baru i siarczan sodu, wzięte w roztworach, po zmieszaniu dają nierozpuszczalny osad siarczanu baru i wodorotlenku sodu.
Ba(OH)2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaOH
Okazuje się, że naturalny siarczan baru (baryt) jest najpierw przemysłowo przekształcany w wodorotlenek baru, a następnie służy do uzyskania tego samego siarczanu podczas oczyszczania różnych układów soli z jonów siarczanowych. W ten sam sposób reakcja będzie przebiegać również podczas oczyszczania jonów SO 4 2- z roztworu siarczanu miedzi. Jeśli zrobisz mieszaninę „wodorotlenek baru + siarczan miedzi”, wynikiem będzie wodorotlenek miedzi i nierozpuszczalny siarczan baru.
CuSO 4 + Ba(OH) 2 → Cu(OH) 2 + BaSO 4 ↓
Nawet w reakcji z samym kwasem siarkowym jego jony siarczanowe będą całkowicie wiązane przez bar.
Zastosowanie w płuczkach wiertniczych
Około 80% światowej produkcji siarczanu baru, oczyszczonego i zmielonego barytu, jest zużywane jako składnik płuczek wiertniczych przy tworzeniu odwiertów naftowych i gazowych. Dodanie go zwiększa gęstość płynu wtryskiwanego do odwiertu, aby lepiej wytrzymać wysokie ciśnienie w zbiorniku i zapobiegać wypryskom.
Podczas wiercenia studni wiertło przechodzi przez różne formacje, z których każda ma swoje własne cechy. Im większa głębokość, tym większy musi być procent barytu w strukturze roztworu. Dodatkową zaletą jest to, że siarczan baru jest substancją niemagnetyczną, dzięki czemu nie zakłóca różnych pomiarów w odwiercie za pomocą urządzeń elektronicznych.
Przemysł farbiarski i papierniczy
Większość syntetycznego BaSO 4 jest stosowana jako składnik białego pigmentu do farb. Tak więc blancfix zmieszany z dwutlenkiem tytanu (TiO 2) jest sprzedawany jako biała farba olejna stosowana w malarstwie.
Połączenie BaSO 4 i ZnS (siarczek cynku) daje nieorganiczny pigment zwany litoponem. Jest stosowany jako powłoka dla niektórych gatunków papieru fotograficznego.
Niedawno siarczan baru był używany do rozjaśniania papieru przeznaczonego do drukarek atramentowych.
Zastosowania w przemyśle chemicznym i metalurgii metali nieżelaznych
W produkcji polipropylenu i polistyrenu jako wypełniacz stosuje się BaSO 4 w proporcjach do 70%. Powoduje zwiększenie odporności tworzyw sztucznych na działanie kwasów i zasad oraz nadanie im nieprzezroczystości.
Jest również używany do produkcji innych związków baru, zwłaszcza węglanu baru, który jest używany do produkcji szkła LED do telewizorów i ekranów komputerowych (historycznie w kineskopach).
Formy stosowane do odlewania metali są często powlekane siarczanem baru, aby zapobiec przyleganiu do stopionego metalu. Odbywa się to przy produkcji anodowych płyt miedzianych. Odlewane są do miedzianych form pokrytych warstwą siarczanu baru. Gdy płynna miedź zastygnie w gotową płytkę anodową, można ją łatwo wyjąć z formy.
urządzenia pirotechniczne
Ponieważ związki baru podczas spalania emitują zielone światło, sole tej substancji są często stosowane w formułach pirotechnicznych. Chociaż azotany i chlorany są bardziej powszechne niż siarczany, ten ostatni jest szeroko stosowany jako składnik pirotechnicznych świateł stroboskopowych.
Rentgenowski środek kontrastowy
Siarczan baru jest środkiem nieprzepuszczającym promieni rentgenowskich stosowanym do diagnozowania niektórych problemów medycznych. Ponieważ takie substancje są nieprzezroczyste dla promieni rentgenowskich (blokując je ze względu na ich dużą gęstość), obszary ciała, w których są zlokalizowane, pojawiają się jako białe obszary na kliszy rentgenowskiej. Stwarza to niezbędne rozróżnienie między jednym (zdiagnozowanym) narządem a innymi (otaczającymi) tkankami. Kontrast pomoże lekarzowi zobaczyć wszelkie szczególne warunki, które mogą występować w tym narządzie lub części ciała.
Siarczan baru przyjmuje się doustnie lub doodbytniczo z lewatywą. W pierwszym przypadku powoduje, że przełyk, żołądek lub jelito cienkie stają się nieprzejrzyste dla promieni rentgenowskich. Można je więc sfotografować. Jeśli substancja jest podawana z lewatywą, wówczas jelito grube lub jelita można zobaczyć i utrwalić za pomocą promieni rentgenowskich.
Dawka siarczanu baru będzie różna dla różnych pacjentów, wszystko zależy od rodzaju badania. Lek jest dostępny w postaci specjalnej medycznej zawiesiny baru lub w tabletkach. Różne badania wymagające kontrastu i aparatu rentgenowskiego wymagają różnych ilości zawiesiny (w niektórych przypadkach niezbędny jest lek w postaci tabletek). Środek kontrastowy należy stosować wyłącznie pod bezpośrednim nadzorem lekarza.
Bar jest pierwiastkiem głównej podgrupy drugiej grupy, szóstego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 56. Jest oznaczony symbolem Ba (łac. bar). Prostą substancją jest miękki, ciągliwy srebrzystobiały metal ziem alkalicznych. Posiada wysoką aktywność chemiczną.
Historia odkrycia baruBar został odkryty w postaci tlenku BaO w 1774 roku przez Karla Scheele. W 1808 roku angielski chemik Humphrey Davy wyprodukował amalgamat baru przez elektrolizę mokrego wodorotlenku baru za pomocą katody rtęciowej; po odparowaniu rtęci podczas ogrzewania wyizolował metaliczny bar.
W 1774 roku szwedzki chemik Carl Wilhelm Scheele i jego przyjaciel Johan Gottlieb Hahn badali jeden z najcięższych minerałów, ciężki szpat BaSO 4 . Udało im się wyizolować nieznaną wcześniej „ziemię ciężką”, którą później nazwano barytem (z gr. βαρυς – ciężki). A po 34 latach Humphry Davy, po poddaniu mokrej ziemi barytowej elektrolizie, uzyskał z niej nowy pierwiastek - bar. Należy zauważyć, że w tym samym 1808 r., nieco wcześniej niż Davy, Jene Jacob Berzelius i jego współpracownicy uzyskali amalgamaty wapnia, strontu i baru. Tak narodził się pierwiastek bar.
Starożytni alchemicy kalcynowali BaSO4 drewnem lub węglem drzewnym i otrzymywali fosforyzujące „klejnoty bolońskie”. Ale chemicznie te klejnoty to nie BaO, ale siarczek baru BaS.
pochodzenie nazwy
Swoją nazwę wziął od greckiego barys – „ciężki”, ponieważ jego tlenek (BaO) charakteryzował się niezwykle dużą gęstością jak na takie substancje.
Znalezienie baru w przyrodzieSkorupa ziemska zawiera 0,05% baru. To całkiem sporo - dużo więcej niż np. ołów, cyna, miedź czy rtęć. W czystej postaci nie występuje w ziemi: bar jest aktywny, zaliczany jest do podgrupy metali ziem alkalicznych i naturalnie jest dość mocno związany w minerałach.
Głównymi minerałami baru są wspomniany już ciężki dźwigar BaSO4 (częściej nazywany barytem) oraz witeryt BaCO3, nazwany na cześć Anglika Williama Witheringa (1741...1799), który odkrył ten minerał w 1782 roku. W niewielkim stężeniu soli baru występują w wielu wodach mineralnych i wodzie morskiej. Niska zawartość w tym przypadku jest plusem, a nie minusem, ponieważ wszystkie sole baru, z wyjątkiem siarczanu, są trujące.
Rodzaje złóż baruZe względu na związki mineralne rudy barytu dzielą się na monomineralne i złożone. Złożone dzielą się na baryt-siarczek (zawierają ołów, cynk, czasem siarczki pirytu miedzi i żelaza, rzadziej Sn, Ni, Au, Ag), baryt-kalcyt (zawierają do 75% kalcytu), żelazo-baryt (zawierają magnetyt , hematyt, a w górnych strefach getyt i hydrogetyt) oraz baryt-fluoryt (z wyjątkiem barytu i fluorytu, zwykle zawierają kwarc i kalcyt, a siarczki cynku, ołowiu, miedzi i rtęci występują niekiedy w postaci niewielkich zanieczyszczeń).
Z praktycznego punktu widzenia największym zainteresowaniem cieszą się złoża żył hydrotermalnych monomineralnych, barytowo-siarczkowych i barytowo-fluorytowych. Znaczenie przemysłowe mają również niektóre osady metasomatyczne i osady eluwialne. Osady osadowe, które są typowymi osadami chemicznymi zbiorników wodnych, są rzadkie i nie odgrywają znaczącej roli.
Z reguły rudy barytu zawierają inne przydatne składniki (fluoryt, galenę, sfaleryt, miedź, złoto w stężeniach przemysłowych), dlatego stosuje się je w połączeniu.
Izotopy baruNaturalny bar składa się z mieszaniny siedmiu stabilnych izotopów: 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 135 Ba, 136 Ba, 137 Ba, 138 Ba. To drugie jest najpowszechniejsze (71,66%). Znane są również radioaktywne izotopy baru, z których najważniejszym jest 140 Ba. Powstaje podczas rozpadu uranu, toru i plutonu.
Otrzymywanie baruMetal można otrzymać na różne sposoby, w szczególności przez elektrolizę stopionej mieszaniny chlorku baru i chlorku wapnia. Możliwe jest otrzymanie baru poprzez odtworzenie go z tlenku metodą aluminotermiczną. W tym celu witeryt jest wypalany węglem i otrzymuje się tlenek baru:
BaCO3 + C → BaO + 2CO.
Następnie mieszaninę BaO z proszkiem aluminiowym ogrzewa się pod próżnią do 1250°C. Pary zredukowanego baru skraplają się w zimnych częściach rurki, w której zachodzi reakcja:
3BaO + 2Al → Al2O3 + 3Ba.
Interesujące jest to, że nadtlenek baru BaO 2 często wchodzi w skład mieszanek zapłonowych do aluminotermii.
Otrzymanie tlenku baru przez proste kalcynowanie witerytu jest trudne: witeryt rozkłada się dopiero w temperaturze powyżej 1800°C. Łatwiej jest uzyskać BaO przez kalcynację azotanu baru Ba (NO 3) 2:
2Ba (NO3) 2 → 2BaO + 4NO2 + O2.
Zarówno elektroliza, jak i redukcja aluminium dają miękki (twardszy niż ołów, ale bardziej miękki niż cynk) błyszczący biały metal. Topi się w 710°C, wrze w 1638°C, jego gęstość wynosi 3,76 g/cm 3 . Wszystko to w pełni odpowiada pozycji baru w podgrupie metali ziem alkalicznych.
Istnieje siedem naturalnych izotopów baru. Najczęstszym z nich jest bar-138; to ponad 70%.
Bar jest bardzo aktywny. Zapala się samoczynnie przy uderzeniu, łatwo rozkłada wodę, tworząc rozpuszczalny hydrat tlenku baru:
Ba + 2H 2 O → Ba (OH) 2 + H 2.
Wodny roztwór wodorotlenku baru nazywa się wodą barytową. Ta „woda” jest wykorzystywana w chemii analitycznej do oznaczania CO 2 w mieszaninach gazowych. Ale to już z opowieści o zastosowaniu związków baru. Metaliczny bar prawie nie znajduje praktycznego zastosowania. W bardzo małych ilościach jest wprowadzany do stopów łożyskowych i drukarskich. Stop baru i niklu jest używany w lampach radiowych, czysty bar jest używany tylko w technologii próżniowej jako getter (getter).
Bar metaliczny otrzymuje się z tlenku przez redukcję aluminium w próżni w temperaturze 1200-1250°C:
4BaO + 2Al \u003d 3Ba + BaAl2O4.
Bar jest oczyszczany przez destylację próżniową lub topienie strefowe.
Przygotowanie tytanu baru. Zdobycie go jest stosunkowo łatwe. Witherite BaCO 3 w temperaturze 700 ... 800 ° C reaguje z dwutlenkiem tytanu TYu 2, okazuje się, że potrzebujesz:
BaCO3 + TiO2 → BaTiO3 + CO2.
Główny bal studencki. metodą otrzymywania metalicznego baru z BaO jest jego redukcja proszkiem A1: 4BaO + 2A1 -> 3Ba + BaO * A1 2 O 3. Proces prowadzi się w reaktorze w temperaturze 1100-1200°C w atmosferze Ar lub w próżni (preferowany jest ten drugi sposób). Stosunek molowy BaO:A1 wynosi (1,5-2):1. Reaktor umieszcza się w piecu tak, aby temperatura jego „zimnej części” (kondensowały się w nim powstające opary baru) wynosiła około 520°C. Poprzez destylację w próżni bar jest oczyszczany do zawartości zanieczyszczeń mniejszej niż 10 ~ 4 % wagowych, a przy stosowaniu topienia strefowego - do 10 ~ 6%.
Niewielkie ilości baru otrzymuje się również przez redukcję BaBeO 2 [syntetyzowany przez fuzję Ba (OH) 2 i Be (OH) 2] w temperaturze 1300°C z tytanem, a także przez rozkład w temperaturze 120°C Ba (N 3 ) 2, powstałe podczas wymiany p- kationów soli baru z NaN 3 .
Octan Ba (OOCHN 3), - bezbarwny. kryształy; poseł. 490°С (rozkład); gęsty 2,47 g/cm3; sol. w wodzie (58,8 g na 100 g w temperaturze 0°C). Poniżej 25°C trihydrat krystalizuje z roztworów wodnych, w 25-41°C – monohydrat, powyżej 41°C – sól bezwodna. Uzyskaj interakcję. Ba (OH) 2, VaCO 3 lub BaS z CH 3 CO 2 H. Stosowany jako zaprawa przy farbowaniu wełny i perkalu.
Manganian(VI) BaMnO 4 - zielone kryształy; nie rozkłada się do 1000°C. Otrzymywany przez kalcynację mieszaniny Ba(NO 3) 2 z MnO 2 . Pigment (kassel lub zieleń manganowa) powszechnie używany do malowania fresków.
Chromian (VI) ВаСrO 4 - żółte kryształy; poseł. 1380°C; - 1366,8 kJ/mol; sol. w inorg. to-max, nie sol. w wodzie. Uzyskaj interakcję. wodne roztwory Ba (OH) 2 lub BaS z chromianami metali alkalicznych (VI). Pigment (baryt żółty) do ceramiki. MPC 0,01 mg / m3 (w przeliczeniu na Cr03). Pirkonian ВаZrО 3 - bezbarwny. kryształy; poseł. ~269°С; - 1762 kJ/mol; sol. w wodzie i wodnych roztworach alkaliów i NH 4 HCO 3, rozkładane przez silne inorg. to-tami. Uzyskaj interakcję. ZrO 2 z BaO, Ba(OH) 2 lub BaCO 3 po podgrzaniu. Cyrkonian Ba zmieszany z ВаТiO 3 - piezoelektryczny.
Bromek BaBr 2 - białe kryształy; poseł. 847°C; gęsty 4,79 g/cm3; -757 kJ/mol; dobrze sol. w wodzie, metanolu, gorzej w etanolu. Z roztworów wodnych dihydrat krystalizuje, zamieniając się w monohydrat w temperaturze 75 ° C, w bezwodną sól - powyżej 100 ° C. W roztworach wodnych interakcja. z CO 2 i O 2 powietrza, tworząc VaCO 3 i Br 2. Uzyskaj interakcję BaBr 2. wodny p-ditch Ba (OH) 2 lub VaCO 3 z kwasem bromowodorowym.
Jodek BaI 2 - bezbarwny. kryształy; poseł. 740°С (rozkład); gęsty 5,15 g/cm3; . -607 kJ/mol; dobrze sol. w wodzie i etanolu. Z gorących roztworów wodnych krystalizuje dihydrat (odwodniony w temperaturze 150°C), poniżej 30°C - heksahydrat. Uzyskaj interakcję VaI 2. woda p-ditch Ba (OH) 2 lub VaCO 3 z kwasem jodowodorowym.
Właściwości fizyczne baruBar jest srebrzystobiałym ciągliwym metalem. Łamie się przy mocnym uderzeniu. Istnieją dwie alotropowe modyfikacje baru: α-Ba z sześcienną siatką centrowaną na ciele jest stabilna do 375 ° C (parametr a = 0,501 nm), β-Ba jest stabilna powyżej.
Twardość w skali mineralogicznej 1,25; w skali Mohsa 2.
Bar metaliczny jest przechowywany w nafcie lub pod warstwą parafiny.
Właściwości chemiczne baruBar jest metalem ziem alkalicznych. Utlenia się intensywnie w powietrzu, tworząc tlenek baru BaO i azotek baru Ba 3 N 2 i zapala się po lekkim podgrzaniu. Energicznie reaguje z wodą, tworząc wodorotlenek baru Ba (OH) 2:
Ba + 2H 2 O \u003d Ba (OH) 2 + H 2
Aktywnie oddziałuje z rozcieńczonymi kwasami. Wiele soli baru jest nierozpuszczalnych lub słabo rozpuszczalnych w wodzie: siarczan baru BaSO 4, siarczyn baru BaSO 3, węglan baru BaCO 3, fosforan baru Ba 3 (PO 4) 2. Siarczek baru BaS, w przeciwieństwie do siarczku wapnia CaS, jest dobrze rozpuszczalny w wodzie.
Naturalny bar ma siedem stabilnych izotopów od maja. rozdz. 130, 132, 134-137 i 138 (71,66%). Przekrój poprzeczny wychwytu neutronów termicznych wynosi 1,17-10 28 m 2 . Konfiguracja zewnętrzna powłoka elektronowa 6s 2 ; stopień utlenienia + 2, rzadko + 1; energia jonizacji Ba° -> Ba + -> Ba 2+ wzgl. 5,21140 i 10,0040 eV; Elektroujemność Paulinga 0,9; promień atomowy 0,221 nm, promień jonowy Ba 2+ 0,149 nm (liczba koordynacyjna 6).
Łatwo reaguje z halogenami, tworząc halogenki.
Po podgrzaniu z wodorem tworzy wodorek baru BaH 2 , który z kolei z wodorkiem litu LiH daje kompleks Li.
Reaguje podczas ogrzewania z amoniakiem:
6Ba + 2NH3 = 3BaH2 + Ba3N2
Azotek baru Ba 3 N 2 reaguje z CO po podgrzaniu, tworząc cyjanek:
Ba3N2 + 2CO = Ba(CN)2 + 2BaO
Z ciekłym amoniakiem daje ciemnoniebieski roztwór, z którego można wyodrębnić amoniak, który ma złoty połysk i łatwo rozkłada się wraz z eliminacją NH3. W obecności katalizatora platynowego amoniak rozkłada się, tworząc amid baru:
Ba (NH2) 2 + 4NH3 + H2
Węglik baru BaC 2 można otrzymać przez ogrzewanie BaO z węglem w piecu łukowym.
Wraz z fosforem tworzy fosforek Ba 3 P 2 .
Bar redukuje tlenki, halogenki i siarczki wielu metali do odpowiedniego metalu.
Zastosowanie baruPodstawą getterów (getterów) jest stop baru z A1 (stop alba, 56% Ba). Aby uzyskać sam getter, bar jest odparowywany ze stopu przez ogrzewanie z wysoką częstotliwością w próżniowej kolbie urządzenia; lustro barowe (lub powłoka dyfuzyjna podczas odparowywania w atmosferze azotu). Aktywną częścią przeważającej większości katod termionowych jest BaO. Bar jest również stosowany jako odtleniacz Cu i Pb, jako dodatek do środków przeciwciernych. stopy, metale żelazne i nieżelazne, a także stopy, z których wykonuje się czcionki typograficzne w celu zwiększenia ich twardości. Stopy baru z Ni są wykorzystywane do produkcji elektrod do świec żarowych w silnikach wewnętrznych. spalania iw lampach radiowych. 140 Va (T 1/2 12,8 dni) jest wskaźnikiem izotopowym stosowanym w badaniu związków baru.
Metaliczny bar, często w stopie z aluminium, jest stosowany jako getter w urządzeniach elektronicznych o wysokiej próżni.
Materiał antykorozyjnyBar jest dodawany razem z cyrkonem do ciekłych metali chłodzących (stopów sodu, potasu, rubidu, litu, cezu) w celu zmniejszenia agresywności tych ostatnich na rurociągi oraz w metalurgii.
Fluorek baru jest stosowany w postaci monokryształów w optyce (soczewki, pryzmaty).
Nadtlenek baru jest używany w pirotechnice i jako środek utleniający. Azotan baru i chloran baru są używane w pirotechnice do barwienia płomieni (zielony ogień).
Chromian baru jest wykorzystywany do produkcji wodoru i tlenu metodą termochemiczną (cykl Oak Ridge, USA).
Tlenek baru wraz z tlenkami miedzi i metali ziem rzadkich służy do syntezy ceramiki nadprzewodzącej działającej w temperaturach ciekłego azotu i wyższych.
Tlenek baru służy do topienia specjalnego rodzaju szkła używanego do powlekania prętów uranowych. Jeden z szeroko rozpowszechnionych rodzajów takich szkieł ma następujący skład - (tlenek fosforu - 61%, BaO - 32%, tlenek glinu - 1,5%, tlenek sodu - 5,5%). W produkcji szkła dla przemysłu nuklearnego stosuje się również fosforan baru.
Fluorek baru jest stosowany w stałych bateriach fluorowych jako składnik elektrolitu fluorkowego.
Tlenek baru stosowany jest w mocnych akumulatorach miedzianych jako składnik masy aktywnej (tlenek baru-tlenek miedzi).
Siarczan baru jest stosowany jako ekspander masy aktywnej elektrody ujemnej w produkcji akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
Węglan baru BaCO3 dodaje się do masy szklanej w celu zwiększenia współczynnika załamania światła szkła. Siarczan baru jest stosowany w przemyśle papierniczym jako wypełniacz; o jakości papieru decyduje w dużej mierze jego gramatura, baryt BaSO4 sprawia, że papier jest cięższy. Ta sól jest koniecznie zawarta we wszystkich drogich gatunkach papieru. Ponadto siarczan baru ma szerokie zastosowanie w produkcji białej farby litoponowej, będącej produktem reakcji roztworów siarczku baru z siarczanem cynku:
BaS + ZnSO4 → BaS04 + ZnS.
Obie sole, mające biały kolor, wytrącają się, w roztworze pozostaje czysta woda.
Podczas wiercenia głębokich odwiertów naftowych i gazowych jako płyn wiertniczy stosuje się zawiesinę siarczanu baru w wodzie.
Inna sól baru znajduje ważne zastosowania. To tytanian baru BaTiO 3 - jeden z najważniejszych ferroelektryków (ferroelektryki polaryzują się same, bez wystawiania na działanie pola zewnętrznego. Wśród dielektryków wyróżniają się tak samo, jak materiały ferromagnetyczne wśród przewodników. Zdolność do takiej polaryzacji jest utrzymywane tylko w określonej temperaturze.Ferroelektryki spolaryzowane różnią się wyższą stałą dielektryczną), które są uważane za bardzo cenne materiały elektryczne.
W 1944 roku tę klasę uzupełniono tytanianem baru, którego właściwości ferroelektryczne odkrył radziecki fizyk B.M. Wulom. Cechą tytanianu baru jest to, że zachowuje on właściwości ferroelektryczne w bardzo szerokim zakresie temperatur - od bliskiego zera bezwzględnego do +125°C.
Bar był również stosowany w medycynie. Jego sól siarczanowa jest stosowana w diagnostyce chorób żołądka. BaSO4 miesza się z wodą i pozostawia do połknięcia przez pacjenta. Siarczan baru jest nieprzezroczysty dla promieni rentgenowskich, dlatego te części przewodu pokarmowego, przez które przechodzi „owsianka barowa”, pozostają ciemne na ekranie. Tak więc lekarz ma wyobrażenie o kształcie żołądka i jelit, określa miejsce, w którym może wystąpić wrzód.
Wpływ baru na organizm ludzki
Drogi wnikania do organizmu.
Głównym sposobem, w jaki bar dostaje się do organizmu człowieka, jest żywność. W ten sposób niektórzy mieszkańcy mórz są w stanie akumulować bar z otaczających go wód i to w stężeniach 7-100 (aw przypadku niektórych roślin morskich nawet 1000) razy większych niż jego zawartość w wodzie morskiej. Niektóre rośliny (na przykład soja i pomidory) są również w stanie akumulować bar z gleby od 2 do 20 razy. Jednak na obszarach, gdzie stężenie baru w wodzie jest wysokie, woda pitna może również przyczynić się do całkowitego spożycia baru. Pobór baru z powietrza jest znikomy.
Zagrożenie dla zdrowia.
W toku naukowych badań epidemiologicznych prowadzonych pod auspicjami WHO nie potwierdzono danych dotyczących związku śmiertelności z powodu chorób układu krążenia z zawartością baru w wodzie pitnej. W krótkotrwałych badaniach na ochotnikach nie stwierdzono niekorzystnego wpływu na układ sercowo-naczyniowy przy stężeniu baru do 10 mg/l. To prawda, że \u200b\u200bw eksperymentach na szczurach, gdy te ostatnie spożywały wodę nawet o niskiej zawartości baru, zaobserwowano wzrost skurczowego ciśnienia krwi. Wskazuje to na potencjalne niebezpieczeństwo wzrostu ciśnienia krwi u ludzi przy długotrwałym stosowaniu wody zawierającej bar (USEPA posiada takie dane).
Dane USEPA sugerują również, że nawet pojedynczy łyk wody, który zawiera znacznie więcej niż maksymalna zawartość baru, może prowadzić do osłabienia mięśni i bólu brzucha. Należy jednak wziąć pod uwagę, że norma baru ustanowiona normą jakości USEPA (2,0 mg/l) znacznie przekracza wartość zalecaną przez WHO (0,7 mg/l). Rosyjskie normy sanitarne określają jeszcze bardziej rygorystyczną wartość MPC dla baru w wodzie - 0,1 mg/l. Technologie usuwania wody: wymiana jonowa, odwrócona osmoza, elektrodializa.
DEFINICJA
Bar znajduje się w szóstym okresie II grupy głównej (A) podgrupy układu okresowego pierwiastków.
należy do rodziny s-elementy. Metal. Oznaczenie - Ba. Liczba porządkowa - 56. Względna masa atomowa - 137,34 a.m.u.
Struktura elektronowa atomu baru
Atom baru składa się z dodatnio naładowanego jądra (+56), wewnątrz którego znajduje się 56 protonów i 81 neutronów, a po sześciu orbitach porusza się 56 elektronów.
Ryc.1. Schematyczna budowa atomu baru.
Rozkład elektronów na orbitalach jest następujący:
56Ba) 2) 8) 18) 18) 8) 2 ;
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 6s 2 .
Zewnętrzny poziom energii atomu baru zawiera 2 elektrony, które są wartościowością. Schemat energetyczny stanu podstawowego ma następującą postać:
Atom baru charakteryzuje się obecnością stanu wzbudzonego. Elektrony 6 s- podpoziomy są niesparowane i jeden z nich zajmuje wolny orbital 6 p- podpoziom:
Obecność dwóch niesparowanych elektronów wskazuje, że bar ma stopień utlenienia +2.
Elektrony walencyjne atomu baru można scharakteryzować za pomocą zestawu czterech liczb kwantowych: n(główny kwant), l(orbitalny), m l(magnetyczny) i s(obracać):
|
podpoziom |
||||
Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1
DEFINICJA
Bar jest pięćdziesiątym szóstym elementem układu okresowego pierwiastków. Oznaczenie - Ba od łacińskiego „baru”. Znajduje się w szóstym okresie, grupa IIA. Odnosi się do metali. Opłata podstawowa wynosi 56.
Bar występuje w przyrodzie głównie w postaci siarczanów i węglanów, tworząc minerały baryt BaSO 4 i witeryt BaCO 3 . Zawartość baru w skorupie ziemskiej wynosi 0,05% (wag.), czyli znacznie mniej niż zawartość wapnia.
W postaci prostej substancji bar jest srebrzystobiałym metalem (ryc. 1), który w powietrzu jest pokryty żółtawą warstwą produktów interakcji z częściami składowymi powietrza. Bar ma podobną twardość do ołowiu. Gęstość 3,76 g/cm3. Temperatura topnienia 727 o C, temperatura wrzenia 1640 o C. Posiada skupioną na ciele sieć krystaliczną.
Ryż. 1. Bar. Wygląd zewnętrzny.
Masa atomowa i cząsteczkowa baru
DEFINICJA
Względna masa cząsteczkowa substancji(M r) to liczba pokazująca, ile razy masa danej cząsteczki jest większa niż 1/12 masy atomu węgla, oraz względna masa atomowa pierwiastka(A r) - ile razy średnia masa atomów pierwiastka chemicznego jest większa niż 1/12 masy atomu węgla.
Ponieważ bar istnieje w stanie wolnym w postaci jednoatomowych cząsteczek Ba, wartości jego mas atomowych i cząsteczkowych są zbieżne. Są one równe 137,327.
Izotopy baru
Wiadomo, że bar może występować w przyrodzie w postaci siedmiu stabilnych izotopów 130Ba, 132Ba, 134Ba, 135Ba, 136Ba, 137Ba i 138Ba, z których najczęściej występuje 137Ba (71,66%). Ich liczby masowe to odpowiednio 130, 132, 134, 135, 136, 137 i 138. Jądro atomu izotopu baru 130 Ba zawiera pięćdziesiąt sześć protonów i siedemdziesiąt cztery neutrony, a pozostałe izotopy różnią się od niego tylko liczbą neutronów.
Istnieją sztuczne niestabilne izotopy baru o liczbach masowych od 114 do 153, a także dziesięć stanów izomerycznych jąder, wśród których izotop 133 Ba o okresie półtrwania 10,51 lat jest najdłużej żyjący.
jony baru
Na zewnętrznym poziomie energetycznym atomu baru znajdują się dwa elektrony, które są wartościowością:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 6s 2 .
W wyniku oddziaływania chemicznego bar oddaje swoje elektrony walencyjne, tj. jest ich dawcą i zamienia się w dodatnio naładowany jon:
Ba 0 -2e → Ba 2+.
Cząsteczka i atom baru
W stanie wolnym bar istnieje w postaci jednoatomowych cząsteczek Ba. Oto kilka właściwości charakteryzujących atom i cząsteczkę baru:
Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1
W 1808 roku Davy Humphrey otrzymał bar w postaci amalgamatu przez elektrolizę jego związków.
Paragon fiskalny:
W naturze tworzy minerały baryt BaSO 4 i witeryt BaCO 3 . Otrzymywany przez aluminotermię lub rozkład azydku:
3BaO+2Al=Al2O3 +3Ba
Ba(N 3) 2 \u003d Ba + 3N 2
Właściwości fizyczne:
Srebrzystobiały metal o wyższej temperaturze topnienia i wrzenia oraz większej gęstości niż metale alkaliczne. Bardzo miękki. Tm = 727°C.
Właściwości chemiczne:
Bar jest najsilniejszym reduktorem. W powietrzu szybko pokrywa się warstwą tlenku, nadtlenku i azotku baru, zapala się po podgrzaniu lub po prostu zgnieceniu. Energicznie oddziałuje z halogenami po podgrzaniu wodorem i siarką.
Bar gwałtownie reaguje z wodą i kwasami. Przechowywać, podobnie jak metale alkaliczne, w nafcie.
W związkach wykazuje stopień utlenienia +2.
Najważniejsze połączenia:
tlenek baru. Ciało stałe, które gwałtownie reaguje z wodą, tworząc wodorotlenek. Pochłania dwutlenek węgla, zamieniając się w węglan. Po podgrzaniu do 500°C reaguje z tlenem tworząc nadtlenek
nadtlenek baru BaO 2 , biała substancja, słabo rozpuszczalny, utleniacz. Stosowany w pirotechnice, do produkcji nadtlenku wodoru, wybielaczy.
wodorotlenek baru Ba(OH) 2 , Ba(OH) 2 oktahydrat *8H 2O, bezbarwny. kryształ, alkalia. Stosowany do wykrywania jonów siarczanowych i węglanowych, do oczyszczania tłuszczów roślinnych i zwierzęcych.
sole baru bezbarwne kryształy. Substancje. Rozpuszczalne sole są wysoce toksyczne.
Chlorek bar otrzymuje się przez oddziaływanie siarczanu baru z węglem i chlorkiem wapnia w temperaturze 800°C - 1100°C. Odczynnik dla jonów siarczanowych. stosowane w przemyśle skórzanym.
Azotan bar, azotan baru, składnik zielonych kompozycji pirotechnicznych. Po podgrzaniu rozkłada się, tworząc tlenek baru.
Siarczan bar jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie i kwasach, dlatego jest lekko toksyczny. stosowany do wybielania papieru, do fluoroskopii, barytowy wypełniacz do betonu (ochrona przed promieniowaniem radioaktywnym).
Aplikacja:
Bar metaliczny jest stosowany jako składnik wielu stopów, odtleniacz w produkcji miedzi i ołowiu. Rozpuszczalne sole baru są trujące, MPC 0,5 mg/m 3 . Zobacz też:
SI. Venetsky O rzadkich i rozproszonych. Metalowe historie.
