Характеристика бария. Что такое бария сульфат? Как получают сульфат бария? − концентрированной серной кислотой

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

С химической формулой BaSO 4 . Представляет собой белый порошок без запаха, нерастворимый в воде. Его белизна и непрозрачность, а также высокая плотность определяют основные области применения.

История названия

Барий относится к щёлочноземельным металлам. Последние названы так потому, что, по словам Д. И. Менделеева, их соединения образуют нерастворимую массу земли, а окислы "имеют землистый вид". Барий в природе содержится в виде минерала барита, который представляет собой бария сульфат с различными примесями.

Впервые он был обнаружен шведскими химиками Шееле и Ганом в 1774 году в составе так называемого тяжелого шпата. Отсюда возникло и название минерала (от греч. «барис» - тяжелый), а затем и самого металла, когда в 1808 г. его выделил в чистом виде Гемфри Деви.

Физические свойства

Поскольку BaSO 4 - это соль серной кислоты, то ее физические свойства отчасти определяются самим металлом, который является мягким, химически активным и серебристо-белым. Природный барит бесцветен (иногда белый) и прозрачен. Химически чистый BaSO 4 имеет цвет от белого до бледно-желтого, он негорючий, с температурой плавления 1580°С.

Какая масса сульфата бария? Молярная масса его равна 233,43 г/моль. Он обладает необычайно высоким удельным весом - от 4,25 до 4,50 г/см 3 . Учитывая нерастворимость в воде, высокая плотность делает его незаменимым в качестве наполнителя водных буровых растворов.

Химические свойства

BaSO 4 - это одно из самых труднорастворимых в воде соединений. Его можно получить из двух хорошо растворимых солей. Возьмем водный раствор натрия сульфата - Na 2 SO 4 . Его молекула в воде диссоциирует на три иона: два Na + и один SO 4 2- .

Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 2-

Возьмем также водный раствор хлорида бария - BaCl 2 , молекула которого диссоциирует на три иона: один Ba 2+ и два Cl - .

BaCl 2 → Ba 2+ + 2Cl -

Смешаем водный раствор сульфата и смесь, содержащую хлорид. Бария сульфат образуется в результате соединения в одну молекулу двух ионов с одинаковым по величине и противоположным по знаку зарядом.

Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4

Ниже вы можете увидеть полное уравнение этой реакции (так называемое молекулярное).

Na 2 SO 4 + BaCl 2 → 2NaCl + BaSO 4

В результате образуется нерастворимый осадок сульфата бария.

Товарный барит

На практике исходным сырьем для получения товарного сульфата бария, предназначенного для использования в буровых растворах при бурении нефтегазовых скважин, является, как правило, минеральный барит.

Термин "первичный" барит относится к товарной продукции, которая включает в себя сырой материал (получаемый из шахт и карьеров), а также продукты простого обогащения такими методами, как промывка, осаждение, сепарация в тяжелых средах, флотация. Большая часть сырого барита требует доведения его до минимальной чистоты и плотности. Минерал, который используется в качестве наполнителя, измельчают и просеивают до однородного размера так, чтобы, по меньшей мере, 97 % его частиц имели размер до 75 мкм, и не более 30 % были менее 6 мкм. Первичный барит также должен быть достаточно плотным, чтобы его удельный вес составил 4,2 г/см 3 или выше, но при этом достаточно мягким, чтобы не повредить подшипники.

Получение химически чистого продукта

Минеральный барит зачастую загрязнен различными примесями, в основном оксидами железа, окрашивающими его в различные цвета. Он обрабатывается карботермическим способом (нагревом с коксом). В результате получается сульфид бария.

BaSO 4 + 4 С → BaS + 4 СО

Последний, в отличие от сульфата, растворим в воде и легко реагирует с кислородом, галогенами и кислотами.

BaS + Н 2 SO 4 → BaSO 4 + Н 2 S

Чтобы получить высокочистый выходной продукт, используется серная кислота. Сульфат бария, образуемый по такому процессу, часто называют бланфиксом, что в переводе с французского означает "белый фиксированный". Он часто встречается в потребительских продуктах, таких как краски.

В лабораторных условиях сульфат бария образуется путем объединения в растворе ионов бария и сульфат-ионов (см. выше). Поскольку сульфат является наименее токсичной солью бария из-за ее нерастворимости, отходы, содержащие другие его соли, иногда обрабатывают сульфатом натрия, чтобы связать весь барий, являющийся достаточно токсичным.

Из сульфата в гидроксид и обратно

Исторически барит использовался для производства гидроксида бария Ba(OH) 2 , необходимого при рафинировании сахара. Это вообще очень интересное и широко используемое в промышленности соединение. Оно хорошо растворимо в воде, образует раствор, известный как баритовая вода. Ее удобно использовать для связывания сульфат-ионов в различных составах путем образования нерастворимого BaSO 4 .

Выше мы видели, что при нагреве в присутствии кокса из сульфата легко получить водорастворимый сульфид бария - BaS. Последний же при взаимодействии с горячей водой образует гидроксид.

BaS + 2H 2 O → Ba(OH) 2 + H 2 S

Гидроксид бария и сульфат натрия, взятые в растворах, при смешивании дадут нерастворимый осадок сульфата бария и едкий натрий.

Ba(OH) 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 + 2NaOH

Получается, что природный бария сульфат (барит) промышленным способом сначала превращается в бария гидроксид, а затем служит для получения того же сульфата при очистке различных солевых систем от сульфат-ионов. Точно так же будет проходить реакция и при очистке от ионов SO 4 2- раствора сернокислой меди. Если сделать смесь "гидроксид бария + сульфат меди", то в результате получится гидроксид меди и нерастворимый бариевый сульфат.

CuSO 4 + Ba(OH) 2 → Cu(OH) 2 + BaSO 4 ↓

Даже в реакции с самой серной кислотой ее сульфат-ионы будут полностью связаны барием.

Использование в буровых растворах

Около 80 % мирового производства сульфата бария, очищенного и измельченного барита, потребляется в качестве компонента буровых растворов при создании нефтегазовых скважин. Добавка его увеличивает плотность жидкости, закачиваемой в скважину, с целью лучшего сопротивления высокому пластовому давлению и предотвращения прорывов.

Когда скважина бурится, долото проходит через различные образования, каждое из которых имеет свои характеристики. Чем больше глубина, тем больший процент барита должен присутствовать в структуре раствора. Дополнительным преимуществом является то, что бария сульфат - немагнитное вещество, поэтому он не мешает проведению различных измерений в скважине с помощью электронных устройств.

Лакокрасочная и бумажная промышленность

Большая часть синтетического BaSO 4 используется в качестве компонента белого пигмента для красок. Так, бланфикс в смеси с двуокисью титана (TiO 2) продается в качестве белой масляной краски, применяемой в живописи.

Сочетание BaSO 4 и ZnS (сульфид цинка) дает неорганический пигмент, который называется литопоном. Он используется в качестве покрытия для определенных сортов фотобумаги.

Совсем недавно бария сульфат был применен для осветления бумаги, предназначенной для струйных принтеров.

Применение в химической промышленности и цветной металлургии

В производстве полипропилена и полистирола BaSO 4 используют в качестве наполнителя в пропорции до 70 %. Он имеет эффект увеличения стойкости пластмасс к кислотам и щелочам, а также придает им непрозрачность.

Он также используется для производства других соединений бария, в частности его карбоната, который применяется для изготовления светодиодного стекла для телевизионных и компьютерных экранов (исторически в электронно-лучевых трубках).

Формы, используемые в отливке металлов, часто покрывают бария сульфатом для предотвращения сцепления с расплавленным металлом. Так поступают при изготовлении анодных медных пластин. Их отливают в медные изложницы, покрытые слоем сульфата бария. Когда жидкая медь затвердевает в виде готовой анодной пластины, она может быть легко извлечена из литейной формы.

Пиротехнические устройства

Поскольку соединения бария испускают зеленый свет при горении, то соли этого вещества часто используются пиротехнических формулах. Хотя нитрат и хлорат являются более распространенными, чем сульфат, последний широко используется в качестве компонента пиротехнических стробоскопов.

Рентгеноконтрастный препарат

Бария сульфат является рентгеноконтрастным агентом, используемым для диагностики определенных медицинских проблем. Так как подобные вещества являются непрозрачными для рентгеновских лучей (блокируют их в результате своей высокой плотности), то области тела, в которых они локализуются, появляются как белые участки на рентгеновской пленке. Это создает необходимое различие между одним (диагностируемым) органом и другими (окружающими его) тканями. Контраст поможет врачу увидеть любые особые условия, которые могут существовать в этом органе или части тела.

Бария сульфат принимается через рот или ректально при помощи клизмы. В первом случае он делает пищевод, желудок или тонкий кишечник непрозрачным для рентгеновских лучей. Таким образом, они могут быть сфотографированы. Если вещество введено при помощи клизмы, то толстую кишку или кишечник можно увидеть и зафиксировать рентгеновскими лучами.

Доза сульфата бария будет разной для разных пациентов, все зависит от типа теста. Препарат выпускается в виде специальной медицинской бариевой суспензии или в таблетках. Различные тесты, при которых нужен контраст и рентгеновское оборудование, требуют различного количества суспензии (в некоторых случаях необходим прием препарата в форме таблетки). Контрастное вещество должно использоваться только под непосредственным контролем врача.

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.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Барий расположен в шестом периоде II группе главной (A) подгруппе Периодической таблицы.

Относится к семейству s -элементов. Металл. Обозначение - Ba. Порядковый номер - 56. Относительная атомная масса - 137,34 а.е.м.

Электронное строение атома бария

Атом бария состоит из положительно заряженного ядра (+56), внутри которого есть 56 протонов и 81 нейтрон, а вокруг, по шести орбитам движутся 56 электронов.

Рис.1. Схематическое строение атома бария.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

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 .

Внешний энергетический уровень атома бария содержит 2 электрона, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Для атома бария характерно наличие возбужденного состояния. Электроны 6s -подуровня распариваются и один из них занимает вакантную орбиталь 6p -подуровня:

Наличие двух неспаренных электронов свидетельствует о том, что для бария характерна степень окисления +2.

Валентные электроны атома бария можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), m l (магнитное) и s (спиновое):

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1