Строение бария. Барий - свойства, история открытия

Барием называется щелочноземельный металл, занимающий 56 позицию в периодической системе химических элементов. Название вещества в переводе с древнегреческого означает «тяжелый».

Характеристики бария

Металл имеет атомную массу 137 г/ммоль и плотность порядка 3,7 г/см 3 . Является очень легким и мягким - максимальная его твердость по шкале Мооса составляет 3 балла. В случае ртутных примесей хрупкость бария существенно повышается.

Металл имеет светлый серебристо-серый окрас. Однако, металл славится и зеленым цветом, который приобретается в результате химической реакции с участием солей элемента (напрамер, сульфата бария). Если в барий опустить стеклянную палочку и поднести открытый огонь, то мы увидим зеленое пламя. Данный способ позволяет сделать четкое определение даже минимального содержания примесей тяжелого металла.

Кристаллическая решетка бария, которую можно наблюдать даже за пределами лабораторных условий, имеет кубическую форму. Стоит отметить, что нахождение чистого бария в природе также уместно. Сегодня существует две известные модификации металла, одна из которых проявляет устойчивость к повышению температурного режима до 365 0 С, а другая способна выдержать температуру в диапазоне 375-710 0 С. Температура кипения бария составляет 1696 0 С.

Барий наряду с другими щелочноземельными металлами проявляет химическую активность. В группе занимает средние позиции, оставив позади себя стронций и кальций, которые допустимо хранить на открытом воздухе, чего нельзя сказать о барии. Отличной средой для хранения металла является парафиновое масло, в которое, непосредственно, и погружается барий, или же петролевый эфир.

Барий взаимодействует с кислородом, однако, в результате реакции утрачивается его блеск, после чего металл приобретает сначала желтоватый оттенок, потом становится коричневым и в итоге приобретает серый окрас. Именно такой внешний вид присущ оксиду бария. При нагревании атмосферы, барий становится взрывоопасным.

56-й элемент периодической системы Менделеева также взаимодействует с водой, в результате чего происходит реакция, обратная реакции с кислородом. В данном случае разложению подлежит жидкость. Такую реакцию дает исключительно чистый металл, после чего он становится гидроксидом бария. Если с водной средой будет контактировать соли металла, то никакой реакции не увидим, так как ничего не произойдет. Например, его хлорид является не растворимым в воде и активную реакцию можно наблюдать только при взаимодействии с кислой средой.

Металл легко вступает в реакцию с водородом, однако для этого необходимо создать определенные условия, а именно - повышение температуры. При этом на выходе получается гидрид бария. В условиях повышения температурного режима 56-й элемент также реагирует и с аммиаком, в результате чего образуется нитрид. В случае дальнейшего повышения температуры можно получить цианид.

Раствор бария имеет характерный синий окрас, который получается в результате реакции с аммиаком в жидком агрегатном состоянии. Если при этом добавить платиновый катализатор, то образуется амид бария. Однако область применения данного вещества далеко не широка - используется исключительно в качестве реактива.

Получение бария

Впервые металл был получен во второй половине 18 века (в 1774 году) химиками Карлом Шееле и Юханом Ганом. Тогда был получен оксид металла. Спустя несколько лет Гемфри Дэви удалось путем электролиза влажного гидроксида бария с ртутным катодом получить амальгаму металла, которую он подверг нагреванию и выпарил ртуть, таким образом, получив металлический барий.

Получение металлического бария в современных лабораторных условиях осуществляется несколькими способами, связанными с атмосферой. Выделение бария проводится в вакууме по причине чрезмерно активной реакции, которая выделяется при взаимодействии бария с кислородом.

Оксид и хлорид бария получаются путем металлотермического восстановления в условиях повышения температуры до 1200 0 С.

Также чистый металл можно выделить из его гидрида и нитрида при помощи термического разложения. Таким же образом происходит и получение калия. Для проведения данного процесса необходимы специальные капсулы с полной герметизацией, а также присутствие кварца или фарфора. Возможно получение бария и путем электролиза, которым элемент можно выделить из расплавленного хлорида бария с ртутным катодом.

Применение бария

Учитывая все свойства, которым обладает 56-й элемент периодической системы, барий является достаточно популярным металлом. Так, его применяют:

1. При изготовлении вакуумных электронных приборов. В данном случае металлический барий, или его сплав с алюминием, применяется как газопоглотитель. А его оксид в составе твердого раствора оксидов других щелочноземельных металлов применяется как активный слой катодов косвенного канала.
2. В качестве материала, способного противостоять коррозии. Для этого металл наряду с цирконием добавляют к жидкометаллическим теплоносителям, что позволяет существенно снизить агрессивное воздействие на трубопроводы. Такое применение бария нашло место в металлургической промышленности.
3. Барий может выступать сегнето- и пьезоэлектриком. Тут уместно применение титаната бария, который выступает диэлектриком во время изготовления керамических конденсаторов, а также материалом, используемым в пьезоэлектрических микрофонах и пьезокерамических излучателях.
4. В оптических приборах. Применяется фторид бария, имеющий вид монокристаллов.
5. Как неотъемлемый элемент пиротехники. Пероксид металла используется в качестве окислителя. Нитрат и хлорат бария выступают как вещества, придающие пламени определенный цвет (зеленый).
6. В атомно-водородной энергетике. Тут активно применяется хромат бария во время получения водорода и кислорода с помощью термохимического метода.
7. В ядерной энергетике. Оксид металла является неотъемлемым компонентом процесса изготовления стекла определенного сорта, которым покрываются урановые стержни.
8. В качестве химического источника тока. В данном случае могут быть использованы несколько соединений бария: фторид, оксид и сульфат. Первое соединение применяется в твердотельных фторионных аккумуляторах как компонент фторидного электролита. Оксид нашел свое место в медноокисных аккумуляторах большой мощности как компонент активной массы. А последнее вещество используется как расширитель активной массы отрицательного электрода во время получения свинцово-кислотных аккумуляторов.
9. В медицине. Сульфат бария является нерастворимым веществом, которое абсолютно нетоксично. В связи с этим, оно используется как рентгеноконтрастный материал во время исследований желудочно-кишечного тракта.

В 1808 году Дэви Гемфри получил барий в виде амальгамы электролизом его соединений.

Получение:

В природе образует минералы барит BaSO 4 и витерит BaCO 3 . Получают алюмотермией или разложением азида:
3BaO+2Al=Al 2 O 3 +3Ba
Ba(N 3) 2 =Ba+3N 2

Физические свойства:

Серебристо-белый металл с более высокой температурой плавления и кипения и большей плотностью, чем у щелочных металлов. Очень мягкий. Тпл.= 727°С.

Химические свойства:

Барий является сильнейшим восстановителем. На воздухе быстро покрывается пленкой оксида, пероксида и нитрида бария, загорается при нагревании или при простом раздавливании. Энергично взаимодействует с галогенами, при нагревании с водородом и серой.
Барий энергично взаимодействует с водой и кислотами. Хранят, как и щелочные металлы, в керосине.
В соединениях проявляет степень окисления +2.

Важнейшие соединения:

Оксид бария. Твердое вещество, энергично взаимодействует с водой, образуя гидроксид. Поглощает углекислый газ, переходя в карбонат. При нагревании до 500°С реагирует с кислородом с образованием пероксида
Пероксид бария BaO 2 , белое вещество, плохо растворим, окислитель. Применяется в пиротехнике, для получения пероксида водорода, отбеливатель.
Гидроксид бария Ba(OH) 2 , октагидрат Ba(OH) 2 *8H 2 O, бесцв. крист., щелочь. Применяют для обнаружения сульфат и карбонат ионов, для очистки растительных и животных жиров.
Соли бария бесцветные крист. вещества. Растворимые соли сильно ядовиты.
Хлорид бария получают взаимодействием сульфата бария с углем и хлоридом кальция при 800°С - 1100°С. Реактив на сульфат-ион. применяется в кожевенной промышленности.
Нитрат бария, бариевая селитра, компонент пиротехнических составов зеленого цвета. При нагревании разлагается с образованием оксида бария.
Сульфат бария практически нерастворим в воде и в кислотах, поэтому малоядовит. применяется для отбеливания бумаги, при рентгеноскопии, наполнитель баритобетона (защита от радиоактивного излучения).

Применение:

Металлический барий используется как компонент ряда сплавов, раскислитель при производстве меди и свинца. Растворимые соли бария ядовиты, ПДК 0,5 мг/м 3 . См. также:
С.И. Венецкий О редких и рассеянных. Рассказы о металлах.

Барий

БА́РИЙ -я; м. [лат. Barium от греч. barys - тяжёлый].

1. Химический элемент (Ba), мягкий серебристо-белый химически активный металл (применяется в технике, промышленности, медицине).

2. Разг. О сернокислой соли этого элемента (принимается внутрь в качестве контрастного вещества при рентгенологическом обследовании желудка, кишечника и т.п.). Выпить стакан бария.

◁ Ба́риевый, -ая, -ое (1 зн.). Б-ые соли. Б. катод.

(лат. Barium), химический элемент II группы периодической системы, относится к щёлочноземельным металлам. Название от греческого barýs - тяжёлый. Серебристо-белый мягкий металл; плотность 3,78 г/см 3 , t пл 727°C. Химически очень активен, при нагревании воспламеняется. Минералы: барит и витерит. Применяют в вакуумной технике как газопоглотитель, в сплавах (типографские, подшипниковые); соли бария - в производстве красок, стёкол, эмалей, в пиротехнике, медицине.

БА́РИЙ (лат. Baryum), Ва (читается «барий»), химический элемент с атомным номером 56, атомная масса 137,327. Расположен в шестом периоде в группе IIА периодической системы. Относится к щелочноземельным элементам. 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%). Конфигурация внешнего электронного слоя 6s 2 . Степень окисления +2 (валентность II). Радиус атома 0,221 нм, радиус иона Ва 2+ 0,138 нм. Энергии последовательной ионизации равны 5,212, 10,004 и 35,844 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 0,9.
История открытия
Название элемента происходит от греческого «барис» - тяжелый. В 1602 один болонский ремесленник обратил внимание на тяжелый минерал барит (см. БАРИТ) BaSO 4 (плотность 4,50 кг/дм 3). В 1774 швед К. Шееле (см. ШЕЕЛЕ Карл Вильгельм) , прокаливая барит, получил оксид ВаО. Только в 1808 англичанин Г. Дэви (см. ДЭВИ Гемфри) использовал электролиз для восстановления активных металлов из расплавов их солей.
Распространенность в природе
Содержание в земной коре 0,065%. Важнейшие минералы - барит и витерит (см. ВИТЕРИТ) ВаСО 3 .
Получение
Основное сырье для получения бария и его соединений - баритовый концентрат (80-95% BaSO 4). Его нагревают в насыщенном растворе соды Na 2 CO 3:
BaSO 4 + Na 2 CO 3 = ВаCO 3 + Na 2 SO 4
Осадок растворимого в кислотах карбоната бария перерабатывают далее.
Основной промышленный метод получения металлического бария - восстановление его порошком алюминия (см. АЛЮМИНИЙ) при 1000-1200 °C:
4ВаО + 2Аl = 3Ва + ВаOАl 2 О 3
Восстановлением барита каменным углем или коксом при нагревании получают BaS:
BaSO 4 + 4С = BaS + 4СО
Образующийся растворимый в воде сульфид бария, перерабатывают на другие соединения бария, Ba(OH) 2 , ВаCO 3 , Ва(NO 3) 2 .
Физические и химические свойства
Барий - серебристо-белый ковкий металл, кристаллическая решетка - кубическая, объемно центрированная, а = 0,501 нм. При температуре 375 °C переходит в b-модификацию. Температура плавления 727 °C, кипения 1637 °C, плотность 3,780 г/см 3 . Стандартный электродный потенциал Ва 2+ /Ва равен –2,906 В.
Имеет высокую химическую активность. Интенсивно окисляется на воздухе, образуя пленку, содержащую оксид бария ВаО, пероксид ВаО 2 .
Энергично реагирует с водой:
Ва + 2Н 2 О = Ва(ОН) 2 + Н 2
При нагревании взаимодействует с азотом (см. АЗОТ) с образованием нитрида Ва 3 N 2:
Ba + N 2 = Ba 3 N 2
В токе водорода (см. ВОДОРОД) при нагревании барий образует гидрид ВаН 2 . С углеродом барий образует карбид ВаС 2 . С галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) барий образует галогениды:
Ва + Сl 2 = ВаСl 2 ,
Возможно взаимодействие с серой (см. СЕРА) и другими неметаллами.
BaO - основный оксид. Он реагирует с водой с образованием гидроксида бария:
ВаО + Н 2 О = Ва(ОН) 2
При взаимодействии с кислотными оксидами BaO образует соли:
ВаО +СО 2 = ВаСО 3
Основный гидроксид Ва(ОН) 2 немного растворим в воде, обладает щелочными свойствами.
Ионы Ва 2+ бесцветны. Хлорид, бромид, иодид, нитрат бария хорошо растворимы в воде. Нерастворимы карбонат, сульфат, средний ортофосфат бария. Сульфат бария BaSO 4 нерастворим в воде и кислотах. Поэтому образование белого творожистого осадка BaSO 4 является качественной реакцией на ионы Ва 2+ и сульфат-ионы.
BaSO 4 растворяется в горячем растворе концентрированной Н 2 SO 4 , образуя кислый сульфат:
BaSO 4 +Н 2 SO 4 = 2Ba(НSO 4) 2
Ионы Ва 2+ окрашивают пламя в желто-зеленый цвет.
Применение
Сплав Ba с Al - основа геттеров (газопоглотителей). BaSO 4 - компонент белых красок, его добавляют при выделке некоторых сортов бумаги, используют при выплавке алюминия, в медицине - для рентгеновского обследования.
Соединения бария используют в стеклопроизводстве, при изготовлении сигнальных ракет.
Титанат бария BaTiO 3 - компонент пьезоэлементов, малогабаритных конденсаторов, используется в лазерной технике.
Физиологическое действие
Соединения бария токсичны, ПДК в воздухе 0,5 мг/м 3 .

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "барий" в других словарях:

барий - гидрототығы. хим. Суда еритін, түссіз кристалды зат (ҚСЭ, 2, 167). Барий карбонаты. хим. Тұз және азот қышқылдарында оңай еритін, түссіз кристал. Б а р и й к а р б о н а т ы – барийдың өте маңызды қосылыстарының бірі (ҚСЭ, 2, 167). Барий сульфаты … Қазақ тілінің түсіндірме сөздігі

- (лат. barium, от греч. barys тяжелый). Желтоватый металл, названный так потому, что в связи с другими металлами дает тяжелые соединения. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. БАРИЙ лат. barium, от греч.… … Словарь иностранных слов русского языка

Ва (лат. Baryum, от греч. bаrys тяжёлый * a. barium; н. Barium; ф. barium; и. bario), хим. элемент главной подгруппы 11 группы периодич. системы элементов Менделеева, ат. н. 56, ат. м. 137,33. Природный Б. состоит из смеси семи стабильных … Геологическая энциклопедия

- (от греч. barys тяжёлый; лат. Barium), Ba, хим. элемент II группы периодич. системы элементов подгруппы щёлочноземельных элементов, ат. номер 56, ат. масса 137,33. Природный Б. содержит 7 стабильных изотопов, среди к рых преобладает 138Ba… … Физическая энциклопедия

БАРИЙ - (от греч. barys тяжелый), двухатомный металл, ат. в. 137,37, хим. обозначение Ва, встречается в природе только в форме солей, гл. обр., в виде сернокислой соли (тяжелый шпат) и углекислой соли (витерит); в незначительных количествах соли Б.… … Большая медицинская энциклопедия

- (Barium), Ba, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 56, атомная масса 137,33; относится к щелочноземельным металлам. Открыт шведским химиком К. Шееле в 1774, получен Г. Дэви в 1808 … Современная энциклопедия

- (лат. Barium) Ba, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 56, атомная масса 137,33, относится к щелочноземельным металлам. Название от греч. barys тяжелый. Серебристо белый мягкий металл; плотность 3,78 г/см³, tпл… … Большой Энциклопедический словарь барий - сущ., кол во синонимов: 2 металл (86) элемент (159) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Металлический барий - мягкий, ковкий щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Название его происходит от древнегреческого слова, означающего «тяжелый» (из-за высокой его соединений).

Как был открыт барий

В виде оксида барий открыли Карл Шееле и Юхан Ган в 1774 г. В 1808 году Гемфри Дэви впервые выделил барий в чистом виде в ходе электролиза влажного гидроксида бария с ртутным катодом. Образующуюся в этом процессе амальгаму бария Дэви нагревал, а после испарения ртути получал чистый металлический барий.

Распространенность бария в природе

Этот элемент обладает высокой химической активностью и не встречается в природе в чистом виде. Он содержится главным образом в минералах барит (Ba­SO₄) и витерит (Ba­CO₃). Одно из соединений бария – его сульфид, BaS – стал известен как «болонский » после экспериментов итальянского алхимика Винченцо Касциароло (Vin­cen­zo Cas­cia­ro­lo). Прокаливая барит, он обнаружил, что образуется вещество, которое в темноте. Пробыв днем под солнцем, оно продолжало светиться всю ночь.

Где применяется барий и его соединения

В чистом виде барий применяется в качестве геттера (газопоглотителя) в электронных приборах с высоким вакуумом и добавляется в жидкометаллические теплоносители. Соединения бария применяются при изготовлении керамических конденсаторов, пьезоэлектрических микрофонов и пьезокерамических излучателей (титанат бария). Также соединения бария используются в оптике (монокристаллы фторида бария), в атомно-водородной энергетике для получения водорода и кислорода по циклу Ок-Риджа (хромат бария), в ядерной энергетике для покрытия урановых стержней (оксид бария в составе специального сорта стекла) и в различных химических источниках . Пероксид бария вместе с оксидами меди и редкоземельных металлов используется для создания сверхпроводящей керамики, работающей при температуре выше 77.4 K. Нитрат и хлорат бария придают фейерверкам зеленый цвет.

Все водорастворимые соединения бария токсичны и вызывают серьезные проблемы с желудочно-кишечным трактом, паралич мышц и сердца. Однако нерастворимый в воде сульфат бария нашел применение в медицине. «Баритовую кашу» (суспензию сульфата бария) дают пациентам для рентгенографического исследования органов пищеварения. Барий хорошо поглощает рентгеновское излучение. Это свойство пробовали применять производители «Lego», добавляя сульфат бария в пластмассу для деталей конструктора. Если ребенок проглатывал деталь, на рентгене можно было легко ее обнаружить пищеварительном тракте. К сожалению, пластмасса теряла прочность, а промышленный сульфат бария был недостаточно чист и обладал токсичностью, поэтому от этой идеи отказались.

В 1774 г. шведский химик Карл Вильгельм Шееле и его друг Юхан Готлиб Ган исследовали один из самых тяжелых минералов - тяжелый шпат BaSO 4 . Им удалось выделить неизвестную раньше «тяжелую землю», которую потом назвали баритом (от греческого }