БАРИЙ
– химический элемент 2-й группы периодической системы, атомный номер 56, относительная атомная масса 137,33. Расположен в шестом периоде между цезием и лантаном. Природный барий состоит из семи стабильных изотопов с массовыми числами 130(0,101%), 132(0,097%), 134(2,42%), 135(6,59%), 136(7,81%), 137(11,32%) и 138 (71,66%). Барий в большинстве химических соединений проявляет максимальную степень окисления +2, но может иметь и нулевую. В природе барий встречается только в двухвалентном состоянии.
Нахождение в природе
Содержание бария в земной коре составляет 0,05 % по массе; в морской воде среднее содержание бария составляет 0,02 мг/л. 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.
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).
Получение
Основное сырьё для получения бария — баритовый концентрат (80—95 % BaSO4), который, в свою очередь, получают флотацией барита. Сульфат бария в дальнейшем восстанавливают коксом или природным газом:
BaSO4 + 4C → BaS + 4CO BaSO4 + 2CH4 → BaS + 2C + 4H2O
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):
BaS + 2H2O → Ba(OH)2 + H2S↑ BaS + H2O + CO2 → BaCO3 + H2S↑ BaCO3 → BaO + CO2
Получают металлический барий электролизом безводного расплава хлорида бария:
BaCl2 → Ba + Cl2
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.
Химические свойства
Барий — щёлочноземельный металл. На воздухе барий быстро окисляется, образуя смесь оксида бария BaO и нитрида бария Ba3N2, а при незначительном нагревании воспламеняется. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид бария Ba(ОН)2:
Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2↑
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. Растворимые соли бария позволяют определить наличие в растворе серной кислоты и её растворимых солей по выпадению белого осадка сульфата бария, нерастворимого в воде и кислотах.
Легко вступает в реакцию с галогенами, образуя галогениды.
При нагревании с водородом образует гидрид бария BaH2, который, в свою очередь, с гидридом лития LiH даёт комплекс Li[BaH3].
Реагирует при нагревании с аммиаком:
6Ba + 2NH3 → 3BaH2 + Ba3N2
Нитрид бария Ba3N2 при нагревании взаимодействует с CO, образуя цианид:
Ba3N2 + 2CO → Ba(CN)2 + 2BaO
С жидким аммиаком даёт тёмно-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:
[Ba(NH3)6] → Ba(NH2)2 + 4NH3 + H2
Карбид бария BaC2 может быть получен при нагревании в дуговой печи BaO с углём.
С фосфором образует фосфид Ba3P2.
Барий восстанавливает оксиды, галогениды и сульфиды многих металлов до соответствующего металла.
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.
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.
Соединения бария окрашивают пламя в желто-зелёный цвет (длина волн 455 и 493 нм).
Количественно барий определяют гравиметрическим методом в виде BaSO4 или BaCrO4.
