Барий

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

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

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.

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

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

Два от стабилните 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]

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 тези на стронция и калция. Притежава редуциращи свойства:

${\displaystyle {\ce {3Ba + Al2S3 -> 3BaS + 2Al}}}$ .^[2]

Той реагира екзотермично с кислорода при стайна температура:

${\displaystyle {\ce {2Ba + O2 -> 2BaO + Q}}}$ .

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

Барият и неговите летливи соли горят със 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:

${\displaystyle {\ce {Ba(NH3)6 -> Ba(NH2)2 + 4NH3 + H2}}}$ .^[3]

Самовъзпламениява се при удар и реагира лесно с неметали:

${\displaystyle {\ce {Ba + H2 -> BaH2}}}$ ;

${\displaystyle {\ce {Ba + Cl2 -> BaCl2}}}$ ;

${\displaystyle {\ce {Ba + S -> BaS}}}$ .

Взаимодейства силно с киселините:

${\displaystyle {\ce {Ba + 2HCl -> BaCl2 + H2 ^}}}$ .

Лесно разлага водата, образувайки хидроксид:

${\displaystyle {\ce {Ba + 2H2O -> Ba(OH)2 + H2 ^}}}$ .

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^-, S^2-, CN^-, NO-
3, CH₃COO^- и SCN^- са много разтворими.

Халогениди

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

${\displaystyle {\ce {BaCO3 + 2HX -> BaX2 + H2CO3}}}$ .

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

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:

${\displaystyle {\ce {BaCO3 ->[{1360°C}] BaO + CO2 ^}}}$

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

${\displaystyle {\ce {2Ba(NO3)2 ->[{1000°C}] 2BaO + 4NO2 + O2}}}$ .

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:

${\displaystyle {\ce {2BaO + O2 <=>[{600°C}][{800°C}] 2BaO2}}}$ .^[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

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:

${\displaystyle {\ce {BaCO3 + TiO2 ->[{700-800°C}] BaTiO3 + CO2 ^}}}$ .^[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:

${\displaystyle {\ce {BaS + ZnSO4 -> BaSO4 + ZnS}}}$ .

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

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:

${\displaystyle {\ce {BaH2 +O2 ->[{t°}] BaO + H2O}}}$ .

Реагира с водата:

${\displaystyle {\ce {BaH2 + H2O -> Ba(OH)2 + H2 ^}}}$ .

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 (BaS_n).^[3]

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

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]

${\displaystyle {\ce {4 BaO + 2Al -> 3Ba ^ + Ba(AlO2)2}}}$ .

Процесът се провежда във вакуум при 1200 °C. 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]

Най-честата употреба на този елемент е във вакуумните тръби – като гетер в електронните вакуумни прибори за подобряване на вакуума, като при неговото нагряване 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.

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]

Използвана литература