Барий

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето
Барий
Барий – сребристо-сив метал
Сребристо-сив метал
Спектрални линии на барий
ЦезийБарийЛантан
Sr

Ba

Ra
Периодична система
Общи данни
Име, символ, Z Барий, Ba, 56
Група, период, блок 26s
Химическа серия алкалоземен метал
Електронна конфигурация [Xe] 6s2
e- на енергийно ниво 2, 8, 18, 18, 8, 2
CAS номер 7440-39-3
Свойства на атома
Атомна маса 137,327 u
Атомен радиус (изч.) 215 (253) pm
Ковалентен радиус 215±11 pm
Радиус на ван дер Ваалс 268 pm
Степен на окисление 2, 1
Оксид BaO (силно основен)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
0,89
Йонизационна енергия I: 502,9 kJ/mol
II: 965,2 kJ/mol
III: 3600 kJ/mol
Физични свойства
Агрегатно състояние твърдо вещество
Кристална структура кубична обемноцентрирана
Плътност 3510 kg/m3
Температура на топене 1000 K (727 °C)
Температура на кипене 2118 K (1845 °C)
Моларен обем 39,125×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене 7,12 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение 142 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 911 1038 1185 1388 1686 2170
Скорост на звука 1620 m/s при 20 °C
Специф. топл. капацитет 205 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост 2,9×106 S/m при 20 °C
Специф. ел. съпротивление 0,332 Ω.mm2/m при 20 °C
Топлопроводимост 18,4 W/(m·K)
Магнетизъм парамагнитен[1]
Модул на еластичност 13 GPa
Модул на срязване 4,9 GPa
Модул на свиваемост 9,6 GPa
Твърдост по Моос 1,25
История
Наименуван от гръцкото βαρύς – „тежък“
Откритие Карл Вилхелм Шееле (1772 г.)
Изолиране Хъмфри Дейви (1808 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР
130Ba 0,11 % (1,6±1,1)×1021 г. εε 130Xe
132Ba 0,1 % стабилен
133Ba синт. 10,51 г. ε 133Cs
134Ba 2,42 % стабилен
135Ba 6,59 % стабилен
136Ba 7,85 % стабилен
137Ba 11,23 % стабилен
138Ba 71,7 % стабилен

Барият (Ba) е химичен елемент, сребрист мек метал от групата на алкалоземните метали (група 2), период 6, с атомен номер 56, относителна атомна маса 137,33 и степени на окисление +1 и +2, като +2 е най-характерна. Висшият оксид е силно основен.

Откриване[редактиране | редактиране на кода]

Минералът барит (BaSO4) е известен като „тежък камък“ в началото на 16 век.[2] Тогава алхимиците се надяват, че съдържа злато, поради което го нагряват с дървени въглища, но така се получава само фосфоресциращото вещество BaS.

Барият е открит като бариев оксид в минерала магнезия (магнезиев оксид) през 1772 г. от Карл Шееле.

През 1774 г. Шееле изследва минерала пиролузит (MnO2). Пре пречистването му той отделя незначително количество BaO, който првръща в сулфат. Изпраща няколко такива кристала на своя колега Йохан Готлиб Ган, откривателя на мангана. Месец по-късно Ган установява, че този сулфат е идентичен на барит.

През 1808г. Хъмфри Дейви изолира елемента в чист вид чрез електролиза.

Името на бария произлиза от гръцки, което означава „тежък“.

Разпространение[редактиране | редактиране на кода]

Барият е сравнително широко разпространен елемент и със своите 0,05% е на 14-о място по разпространение сред елементите в земната кора.[2] Той е сравнително силно активен и винаги е свързан с други елементи под формата на минерали – главно под формата на минералите барит (BaSO4) и витерит (BaCO3), които се добиват по минен начин. Минералът бенетоит (BaTiSi3O4), който се смята за скъпоценен камък, се среща много рядко, в обкръжение с други минерали. Въпреки че барият има свои минерали и е съсредоточен на определени места в земната кора, той е силно разсеян.

Физични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Барият е сребристобал блестящ метал с много висока температура на топене. Има атомно тегло 137,327. Барият е малко по-твърд от оловото. Има кубично стеноцентрична кристална решетка. Притежава средна твърдост[3] и се поддава на механична обработка.

Изотопи[редактиране | редактиране на кода]

Барият има седем стабилни изотопа: 130Ba, 132Ba, 134Ba, 135Ba, 136Ba, 137Ba, 138Ba.

Два от стбилните изотопи на бария имат период на полуразпад – 130Ba (>4.1021 г., двоен β+–разпад) и 132Ba (>3.1020 г., двоен β+–разпад), които времена на полуразпад са многократно по-големи от възрастта на Земята.

Получени и изследвани са 32 радиоактивни изотопа на бариа, Най-дългоживущият от тях е 133Ba, който има период от 10,5 години. Останалите имат живот дни, часове, секунди и части от секундата. Известни са и 9 изомера в областта A от 115 до 153.[2]

Радиоактивните изотопи с A от 138 до 145 са продукти от деленето на урана.[2]

Химични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Барият е двувалентен и има електронната структура KLMN5s25p66s2 – прибавя 6s-електрон се в сранение с Cs. Има ясноизразен електроположителен характер.[3]

Свойствата на бария са подобни на теи на стронция и калция. Притежава редуциращи свойства:

.[2]

Той реагира екзотермично с кислорода при стайна температура:

.

На въздух се покрива с жълта корица от оксид, пероксид, хидроксид и нитрат.[3]

Барият и неговите летливи соли горят с зелен (жълто-зелен) пламък.[3]

Разтваря се в течен амоняк, като механизмът на възламеняването е аналогичен на този при алкалните метали. От разтвора е изолирано твърдо амонячно съединение с медно-златист цвят, което лесно се разлага:

.[3]

Самовъзпламениява се при удар и реагира лесно с неметали:

;

;

.

Взаимодейства силно с киселините:

.

Лесно разлага водата, образувайки хидроксид:

.

Съединения[редактиране | редактиране на кода]

Химичната връзка в съединенията на бария е в голяма степен йонна. Йонът Ba2+ има конфигурация на благороден газ, оказващ слабо поляризиращо действие, поради което съединенията му са предимно безцветни. Оцветяването при някои от тях се дължи на аниона. Здравата връзка в съединенията на бария и голямата енергия на кристалната решетка определя малката разтворимост на някои негови съединения – флуорид, сулфат, фосфат, карбонат и оксалат.[3] Солите с анионите Cl-, Br-, I-, S2-, CN-, NO-
3
, CH3COO- и SCN- са многоразтворими.

Халогениди[редактиране | редактиране на кода]

Бариевите халогениди се получават при взаимодействие на с BaCO3 и съответната халогеноводородна киселина:[3]

.

Бариевият дифлуорид се използва в безоксидните стъкла.

Бариевият дихлорид кристализира с 2 молекули вода – BaCl2•2H2O, което е уникално за 2 група.[3] Той намира приложение като реактив за откриване на SO-
4
йони и в селското стопанство за борба с някои вредители по растенията.[2]

Оксиди и хидроксид[редактиране | редактиране на кода]

Бариевият оксид има йонна връзка, висока температура на топене и кристализира в кубична сингония тип NaCl.[3]

Бариевият оксид се получава при термична дисоцияция на BaCO3:

Получава се по-лесно при тепмично разлагане на Ba(NO3)2:

.

В пламъка на водородната горелка излъчва ярка светлина. Реагира с H2O и CO2 до карбонат.

Бариевит пероксид е стабилно съединение. Получава се при нагряване на BaO в струя кислород:

.[3]

Бариевият дихидроксид се доближава до алкалните основи.[3] Кристализира в хидратна форма – Ba(OH)2•8H2O. Много наситен разтвор на Ba(OH)2 под названието баритова вода се използва като чувствителен реактив за откриването на CO2.

Съединения с кислородсъдържащи киселини[редактиране | редактиране на кода]

Анионите на кислородсъдържащите киселини са големи по размери, симетрично изградени и затова сравнитетлно слабо се поляризират при взаимодействие с бария.[3]

Най-важните неразтворими соли на бария са карбонатите, оксалатите, хроматите, фосфатите и нитратът.[2]

Бариевият карбонат може да бъде получен от BaO. Взаимодейства сравнително лесно с TiO2:

.[2]

Бариевият титанат е ценен сенгетоелектрик и пиезоелектрик с висок коефициент на диелектричната константа.[2]

Бариевият сулфат се използва за смазка при пробиването на петролни кладенци и в рентгенографска диагностика на храносмилателната система, тъй като поглъща рентгеновите лъчи. Служи и за пълнител при производството на различни видове гума и на по-висококачествена хартия.[2] Смес от BaSO4 и ZnS е бялата боя литопон, която не потъмнява на въздух.[3] Получава се при смесване на разтвори от бариев сулфид и цинков сулфат:

.

Бариевят нитрат кристализира безводен – BaNO3. Разлага се при загряване до нитрит, а след това дава оксид. В присъствие на окислител и горливо вещество, например KClO4, S, C, оцветява пламъка в характерно жълто-зелено и се използва за фойерверки.[3]

Известни са разтворими бариеви соли с оксокиселините на хлора.

Други съединения[редактиране | редактиране на кода]

Бариевият хидрид се получава при директен синтез на елементите при загряване. Това е бяло кристално вещество с йонна връзка и прилича на хидридите на алкалните метали.[3] При загряване във въздуха изгаря:

.

Реагира с водата:

.

При висока темепература барият дава карбид и силицид. Нитридът (Ba3N2) се получава чрез пряк синтез при обикновена температура.[3] Със сярата дава сулфид (BaS) и полисулфиди (BaSn).[3]

Дава много комплекси с органични лиганди, особено ако имат нуколко донорни атома.[3]

Получаване[редактиране | редактиране на кода]

Получаването на метален барий се основан.ва на елес.ктролизата на стопен BaCl2 или чрез редукция чрез алуминий на смес от BaO и BaO2 в електрически нагреваема вакуумна пещ.[2]

Той също може да бъде получен при металотермична редукция на BaO с алуминий:[3]

.

Процесът се провежда във вакуум при 1200°С. При тези условия полученият метал се отделя във вид на пари.

Поради това, че барият е сравнително много разсеян в природата, неговото добиване е трудно и изисква значително количество енергия, поради което цената му е твърде висока.[2]

Приложение[редактиране | редактиране на кода]

Най-честата употреба на този елемент е във вакуумните тръби – като гетер в електронните вакуумни прибори за подобряване на вакуума, като при неговото нагрване взаимодейства с остатъчните следови газове в обема,[2] луминисцентните лампи, в пиротехниката (съединенията на бария горят със светлозелен пламък) и производството на свещи за автомобили. Някои съединения на бария се употребяват също и във фотографията, медицината, производството на стъкло и бои и др.

Използва се също като разкислител при пречистването на медта.

Барият формира сплави с метали като Al, Ni, Zn, Pb, Sn.[2] Сплав на барий с никел лесно изпуска електрони при нагряване и се използва в електронните тръби.

Физиологично действие[редактиране | редактиране на кода]

Приемането на по-високи дози барий причинява стомашно-чревни разстройства, мускулна слабост, затруднено дишане и повишаване или спадане на кръвното налягане.

Разтвориимите бариеви съединения на бария са токсични за хората, животните и растенията.[2]

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. Lide 2005.
  2. а б в г д е ж з и к л м н о п Лефтеров, Димитър. Химичните елементи и техните изотопи. София, Издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“, 2015. ISBN 978-954322-831-7. с. 177 – 179.
  3. а б в г д е ж з и к л м н о п р с т у Киркова, Елена. Химия на елементите и техните съединения. София, Университетско издателство „Св. Климент Охридски“, 2013. ISBN 978-954-07-3504-7. с. 91 – 107.
Използвана литература