Барий

Общие сведения и методы получения

Барий (Ва) — мягкий серебристо-белый металл, быстро окисляющийся на воздухе.

Название получил от греческого Варсоо, что в переводе на русский язык означает тяжелый. На существование бария в 1774 г. впервые указал шведский химик К- Шееле, который при исследовании пиролю­зита (природный диоксид марганца) обнаружил в нем «тяжелую зем­ лю»— оксид бария (барит). Английский химик Дэви в 1808 г. впервые получил металлический барнй путем электролиза его соединений. Затем в 1901 г. Гунтц получил металлический барий восстановлением оксида бария алюминием.

Содержание бария в земной коре 0,05 % (по массе).

В природе барий встречается только в виде соединений. Основные минералы бария — барит — тяжелый шпат BaS 0₄ (~65 % ВаО) и ви­терит ВаС0₃ (~78 % ВаО). Эти минералы являются исходными для по­лучения бария; они также находят самостоятельное применение. Барий получают восстановлением из оксида углем алюмииотермическим спо­собом, а также электролизом из расплавленной смеси хлористого бария и хлористого кальция.

Технически чистый барий получают нагреванием при 1100—1200 °С в вакууме (0,133 Па) смеси оксида бария с порошком алюминия Пере­гонкой в вакууме барий очищают до 99,5—99,9 %. Барий выпускают в виде кристаллов (друз), плавленых штабиков, слитков. Барий вы­плавляют двух марок Бр-1 и Бр-2.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 56, атомная масса 137,34 а. е. м. Атомный объем 38,2*10-⁶ м^а/моль. Атомный радиус 0,221 им; ионный радиус Ва²+ 0,138 нм. Потенциалы ионизации ато­мов, J (эВ); 5,910; 10,00; 37,1.

Электроотрицательность 0,9. Кристаллическая структура кубическая, период решетки а=0,5019 нм, координационное число 8, межатомные расстояния 0,434 нм, электронная конфигурация 6 s ² .

Плотность. Рентгеновская плотность¹ бария р=3,594 Мг/м³; пикно-метрическая плотность р = 3,5 Мг/м³. Плотность при 1000 К р= =3,32 Мг/м³. Изменение плотности бария при плавлении 0,0526 кг/(м ³ -К).

Химические свойства

Нормальный электродный потенциал реакции Ва— 2е:<=>-Ва²+ ф₀= = —2,92 В. В соединениях проявляет степень окисления +2.

Барий очень активен, от удара воспламеняется, легко разлагает во­ду. При взаимодействии с барием образуются соединения ВаО, Ва0₂, BasN ₂ . Барий энергично взаимодействует с кислотами ( H ₂ S 0₄, Н3РО4, НС1) и щелочами (КОН, NaOH ), так же активно со сжиженным и га­зообразным аммиаком, галогенами, серой, сернистым газом, серово­дородом, с солями тяжелых металлов, вытесняя их, с этиловым спир­том и др.

С кислородом образует соединения ВаО, Ва0₂ и Ва0₄. Оксид ВаО образуется при горении бария в кислороде, а также при термическом разложении солей бария, содержащих кислород.

С азотом при 270—60 U °С барий дает нитрид Ba₃ N_z . Кроме того, су­ществуют соединения Ba₂ N , BaN₂ .

Водород и барий взаимодействуют при нагревании до 180 °С с обра­зованием гидрида ВаН₂, который является сильным восстановителем. Он самовозгоняется на воздухе.

При взаимодействии бария и серы образуется сульфид BaS ; его по­лучают при действии смеси водорода и сероводорода на оксид или кар­бонат бария. Существует соединение BaS *, образующееся при совмест­ном плавлении бария и серы в жидком NH ₃ .

Сульфид BaS -—тугоплавкое соединение, обладающее люминесцент­ными свойствами.

При взаимодействии с галогенами барий дает соединения BaBr₂ , Bal₂ , BaF₂ , ВаС1₂. Они образуются при обычной температуре, за исключением Ва1₂, который образуется при нагревании.

Барий и углерод образуют ВаС₂ из простых веществ при нагревании их при 1250 °С в среде аргона и восстановлением оксидов и карбонатов. Электрохимический эквивалент 0,7113 мг/Кл.

Области применения

Вследствие большой химической активности, а также из-за низких ме­ханических свойств барий используют в технике не в чистом виде, а в виде солей и соединений.

Нерастворимый в воде и кислотах сульфат бария (барит) хорошо поглощает рентгеновские лучи, поэтому его применяют при рентгено­диагностике Баритовые белила используют в качестве белой краски (баритовая бумага). Углекислый барий (ВаСОз) входит в состав смеси для цементации стали.

Сплавы свинец — барин используют в полиграфии, сульфат BaS 0₄ — как белый пигмент для линолеума и бумаги, сплавы бария с никелем — для изготовления электродов запальных свечей двигателей и в радио­лампах. Титанат бария ВаТЮ₃ — один из важнейших сегнетоэлектриков. Титанат и алюминат бария используют для изготовления диэлектриков и постоянных магнитов. В металлургии — для десульфурации, дегазации и раскисления меди, свинца и некоторых жаропрочных сплавов. Барий вводят в антифрикционные сплавы.

Оксид ВаО используют при изготовлении стекла, эмалей и термо­катализаторов. Пероксид Ва0₂ служит для получения пероксида водо­рода, для отбеливания тканей; его используют в качестве катализатора крекинг-процесса, а также как компонент запальных смесей в алюмино­термии и пиротехнике.

Азотнокислый барий Ba ( N 0₃)₂ служит для приготовления зеленых бенгальских огней.

Платиносинеродистый барий [ BaPt ( CN )₆] используют для покрытия некоторых фосфоресцирующих экранов и в других целях.

Фторид BaF₂ применяют при изготовлении эмалей и оптических стекол.

Соединения бария хорошо поглощают рентгеновские лучи и у -излу-чеиие, поэтому их вводят в состав защитных материалов в рентгенов­ских установках и ядерных реакторах. Окрашенные соли бария явля­ются пигментами: ВаСг0₄—желтый, ВаМп0₄ — зеленый.