Барій. Властивості, отримання, розповсюдження

Реферат

Барій

2005
Зміст

Історична довідка ............................................................. 3

Поширеність вприроді ................................................... 3

Отриманняметалевого барію ............................................... 4

Електроліз хлоридубарію ........................................................ 5

Хімічні та фізичнівластивості ............................................ 5

Сполуки (загальнівластивості) ................................................... 6

Неорганічніз'єднання ..................................................... 6

Історичнадовідка

Важкий шпат, BaSO4,був першим відомим з'єднанням пан. Його відкрив на початку XVII ст. італійськийалхімік Касціароло. Він же встановив, що цей мінерал після сильного нагріванняз вугіллям світиться в темряві червоним світлом і дав йому назву В«ляпіс СоларісВ»(Сонячний камінь).

Окис барію ВаО відкривв 1774 Шеєле. Він назвав її В«важкої землеюВ». У 1797, прожарюючи нітратбарію, Вокелен отримав: окис барію. Карбонат барію був відкритий в 1783 вШотландії, і названий В«вітеритуВ».

Металевий барійвперше отримав Деві в 1808 Назва, В«барійВ» походить від слова В«барісВ»(Важкий).

Поширеністьв природі

У природі барій зустрічаєтьсяу вигляді сполук (сульфатів, карбонатів, силікатів, алюмосилікатів і т.д.) врізних мінералах. Зміст барію в земній корі 0,05 вагу. % - Більше, ніжвміст стронцію. Нижче перераховані найважливіші мінерали барію:

Барит (персидський шпат),BaSO4, містить 65,7 Ва0, зустрічається у вигляді гранул або безбарвних прозорихтрубчастих кристалів (іноді забарвлених домішками в жовтий, коричневий,червоний, сірий, блакитний, зелений або чорний колір) з щільністю 4,3-4,7 г/см 3 ітвердістю 3-3,5 за шкалою Mooca. Поклади бариту є в Росії, США, Франції,Румунії та інших країнах. У природі зустрічаються різновиди бариту, якімістять сульфат стронцію (барітоцелестін), сульфат свинцю і радію.

Барит застосовують вхімічній промисловості для одержання солей барію, що використовуються впіротехніку, виробництві фарб і лаків, паперової промисловості, дляприготування фотопаперу, цементування пухких порід під час буріння нафтовихсвердловин, захисного облицювання стін рентгенівських камер.

Вітера, ВаСОз, містить77,7% Ва0. Зустрічається в невеликих кількостях в Росії, Англії, Японії, США.Це біла маса з сіруватим або жовтим відтінком; твердість 3-3,5 за шкалоюMooca, щільність 4,25-4,35 г/см ". Деякі різновиди вітеритумістять карбонат кальцію або карбонат стронцію (ВаСО3 * СаСО3, ВаСО3 * SrСО3).

Гіалофан (барієвийпольовий шпат) K2Ba [AI2Si4O12], зустрічається у вигляді прозорих безбарвних (абозабарвлених домішками в жовтий, блакитний, червоний кольори) Моноклінна кристалів зщільністю 2,6-2,82 г1смР.

Відомі також іншімінерали барію: барієвої брюстеріг SrBa [Al2Si6O16 (OH) 2] * 3 H20, барієвоїапатит [Ba10 (PO4) 6] Cl2, барієва селітра Ba (NO 3) 2

З'єднання баріюзнайдені в багатьох силікатних і вапнякових породах, підземних і морських,водах, на сонці.

Отриманняметалевого барію

Металевий барійотримують металотермічним відновленням окису або хлориду барію,термічним розкладанням гідриду і нітриду барію або Ba (NH .3) e, електролізомрозплавленого хлориду барію (сумішей BaCl2 і NaCI, BaCI2 і BaF2) абонасиченого розчину BaCI2 * ​​H2O на ртутному катоді. Щоб уникнутиконтактів з повітрям всі ці процеси ведуть у вакуумі або захисній атмосфері. Впроцесі промислової переробки бариту або вітериту отримують хлорид або окисбарію, з яких металотермічним відновленням виробляють технічнийбарій (див. схему).

У промисловостіметалевий барій отримують термічним відновленням окису барію порошкомметалевого алюмінію (надлишок) при температурі 1200-1250 В°. Процес йде ввакуумі (0,1 мм рт. ст.).

ЗВаО + 2А1 = зва + Аl2О3- 25 ккал

Відновленняпроводиться в кварцових або герметичних фарфорових капсулах. Після видаленняповітря струмом водню в них створюється вакуум, потім окис барію та порошокалюмінію протягом 2-3 годину нагрівають при температурі 1250 В°. По закінченнівідновлення нагрівання припиняють. Після охолодження перед розбираннямустановки в неї подають сухе повітря.

силікотермічеськимвідновлення окису барію проводиться у вакуумі в сталевій трубці (температура1200 В°):

ЗВаО + Si = 2Ва +ВаSiO3 - 37 ккал

В процесімагнійтерміческім відновлення окису барію у вакуумі виходитьметалевий барій. У цьому випадку утворюється проміжний окисел Ba2O:

2ВаО + Mg = Ba2O + Mg0 Вa2О= ВаО + Ва

При цінкотерміческомвідновлення окису барію у вакуумі утворюється сплав цинку і барію.Металотермічним відновлення хлориду барію натрієм, калієм абометалевим цинком у вакуумі приводить до утворення сплавів барію з натрієм,барію з калієм і барію з цинком. Якщо відновлення хлориду барію йде принагріванні з карбідом кальцію CaC2, утворюється сплав барію і кальцію.

Термічнерозкладання гідриду і Ва (NH3) 6

Термічна вакуумнадисоціація гідриду барію (900-1000 В°), нітриду Ва3N2 (160-180 В°) і Ва (NH3) 6(Кімнатна температура) супроводжується утворенням металевого барію.

Електролізхлориду барію

При електролізірозплавленого хлориду барію (або розплавленої суміші BaCl2 - NaCI, BaCl2 -BaF2) з розплавленим свинцевим або олов'яним катодом утворюються сплави баріюзі свинцем або оловом. Під час електролізу насиченого розчину хлориду баріюна ртутному катоді утворюється амальгама барію.

електролітичним методомвнаслідок трудомісткості практично не використовується в промисловості.

ОЧИЩЕННЯ

Сирий металевийбарій очищають перегонкою у вакуумі (1-1,5 мм рт. ст., температура 800 В°) вапаратурі, подібної застосовуваної для очищення магнію.

Хімічніі фізичні властивості

Барій - білийсріблястий метал з об'ємно-центрованої кубічної гратами (модифікація?-Ва стійка нижче 375 В°, модифікація?-Ва - від 375 до 710 В°). Щільність барію3,74 г1см 3, твердість 3 за шкалою Мооса (твердіше свинцю). Ковкий метал.

При забруднення ртуттюстає крихким. Т. пл. 710 В°, т. кип. 1696 В°. Солі барію забарвлюють полум'ягазового пальника в жовто-зелений колір.

Найважливішийрадіоактивний ізотоп барію - (? - і?-активний 140 Ва - утворюється при розпадіурану, торію і плутонію; період напіврозпаду 13,4 дня. 140 Ва витягуютьхроматографически із суміші продуктів розпаду. Розпад ізотопу 140 Васупроводжується виділенням радіоактивного 140 La.

При опроміненні цезіюдейтронами утворюється ядерний ізотоп 133 Ва з періодом напіврозпаду 1,77 днів.Зі свинцем, нікелем, сурмою, оловом і залізом барій утворює сплави.

Барій хімічноактивніше кальцію та стронцію. Металевий барій зберігають в герметичних судинахпід петролейним ефіром або парафіновим маслом. На повітрі металевий барійвтрачає блиск, покривається коричнево-жовтою, а потім сірою плівкою окису інітриду:

Ва + 1/20 2 = Ва0 +133,1 ккал.

зва + N2 = Ba3N2+ 89,9 ккал

Під дією галогенівметалевий барій утворює безводні нітрати ВаХ2 (X == F?, С1?, Вг?, I? ). Металевий барій розкладає воду:

Ва + 2Н2О = Ва (ОН) 2 +112 + 92,5 ккал

Розчиненняметалевого барію в рідкому аміаку (-40 ") супроводжується утвореннямаміакатах Ba (NH3) 6 - При звичайній температурі барій реагує з двоокисомвуглецю:

5ВА + 2 C02 = ВаС2 +4Bа0

Металевий барій -сильний відновник. З його допомогою при відновленні хлориду америцію (1100 В°) і фториду кюрія (1300 В°) були отримані елементи америцій (N 95) і кюрій (N96). При високій температурі барій відновлює закис вуглецю, авиділяється вільний вуглець реагує з барієм з утворенням карбіду ВаС2.

Наведена нижче схемаілюструє хімічну активність барію.

Розчиннісолі барію надзвичайно отр...уйні. Введений внутрішньовенно хлорид барію миттєвовикликає смерть. Карбонат і сульфіт барію отруйні, так як вони розчиняються всоляній кислоті, яка міститься в шлунковому соку.

Застосування

Металевийбарій застосовується для металотермічним відновлення америцію і кюрія, вантифрикційних сплавах на основі свинцю, а також у вакуумній техніці. Сплависвинець - барій витісняють поліграфічні сплави свинець - сурма.

Сполуки(Загальні властивості)

Відомі численніз'єднання, в яких барій присутній у вигляді двовалентного катіона. Іон Ва2 + безбарвний, має стійку восьміелектронную конфігурацію. Радіус іона 1,34А. Він володіє відносно великим обсягом і слабо вираженою тенденцією дополяризації, тому не утворює стійких комплексних сполук. ГідроокисBa (OH) g являє собою сильне підставу.

Неорганічні сполуки

Гідрид барію,Ван 2, отримують нагріваннямметалевого барію, сплавів кадмій - барій, ртуть - барій або окису барію ватмосфері водню:

Ва + Н 2 = Ван2 + 55 ккал Ва0 + 2Н 2 = BaH 2 + Н 2 О

BaH 2 -сірувато-білі кристали з щільністю 4,21 г/см 3. Вище 675 В° вони піддаютьсятермічної дисоціації. Гідрид барію розкладає воду і взаємодіє зазотом, соляною кислотою і аміаком:

Гідрид баріюзастосовують в якості каталізатора реакцій гідрогенізації.

Окис барію, ВаО, отримують безпосереднімсинтезом з елементів. Крім того, використовують термічний розкладгідроокису, перекису, карбонату або нітрату барію. Застосовують також прожарюваннясуміші карбонату барію з вугіллям, сульфату барію з односерністим залізом абонагрівання сульфіду барію з окисом магнію і водою:

ВаО являєсобою кубічні (решітка типу NaCI) або гексагональні безбарвні кристали(Або білий аморфний порошок), дуже гігроскопічні, з щільністю 5,72 г/см 3 (длякубічної модифікації) та 5,32 г/см 3 (для гексагональної) і твердістю 3,3 зашкалою Mooca, т. пл. 1923 В°, т. кип. 2000 В°. Ва0 люмінесцує під дієюультрафіолетових променів і фосфоресціюючі в рентгенівських променях.

Розчиняючись вводі, окис барію дає гідроокис барію Ba (OH) 2. На відміну від оксидівкальцію та стронцію окис барію при температурі 500 В° в помітних кількостяхпоглинає двоокис вуглецю. На холоду окис барію взаємодіє з хлором, апри нагріванні - з киснем, сіркою, азотом, вуглецем, двоокисом сірки,сірковуглецем, двоокисом кремнію, двоокисом свинцю, окисом заліза, хрому, атакож з солями амонію:

Принагріванні окис барію відновлюється магнієм, цинком, алюмінієм, кремнієм таціанідами лужних металів.

Окис баріюзастосовують для виготовлення скла, емалей і термо 'каталізаторів. В результатізаміщення в цементі окису кальцію окисом барію одержують цементи звинятковою стійкістю по відношенню до води, що містить сульфат-іони.

Перекисбарію, ВаО 2, отримують,сильно прожарюючи гідроокис, нітрат або карбонат барію в струмі повітря вприсутності слідів води. Інші способи отримання: безпосередній синтез зелементів при нагріванні, прожарювання окису барію з окисом міді, нагріванняокису барію з хлоратом калію, нагрівання окису барію до 350 В°, дегідратаціякристалогідрату

BaO 2 * 8 H 2O при 120 В°:

Ва + 0 2 =Ва0 2 + 145,7 ккал Ba0 + Сіо = Ва0 2 + С u

Ba0 +1/2 0 2= Ва0 2 + 12,1 ккал 3ВаО + К clO 3 = ЗВа0 2 + КСl

Ba 0 2являє собою білий парамагнітний порошок з щільністю 4,96 г1см 3 і т.пл. 450 В°. Він розкладається до Ba0 (600 В°) або до кисню (795 В°), стійкий призвичайній температурі (може зберігатися роками), погано розчиняється у воді, спиртіі ефірі, розчиняється в розбавлених кислотах:

Термічнерозкладання перекису барію прискорюють оксиди - СЕО, Cr 2 O 3,

Fe 2 O 3 та Cu0.

Відомі кристалогідратиBaO 2 * 8 H 2 O і BaO 2 H 2 O. Октагід-рат Ba0 2 • H 2 O отримують дієюперекису водню на баритові поду в слабколужних розчинах, а такожобробкою на холоду розчину хлориду пли гідроокису барію перекисом натрію:

Ва (ОН) 2 + H2 O 2 + 6 H 2 O = Ва0 2 * 8Н 2 О

BaO 2 * 8 H 2O виділяється у вигляді безбарвних гексагональних кристалів, важко розчинних уводі, спирті, ефірі. Нагріте з перекисом водню це з'єднання перетворюєтьсяв жовте речовина - надперекнсь барію ВаО.

Перекис баріюреагує при нагріванні з водородол1, сіркою, вуглецем, аміаком, солямиамонію, ферріціанідом калію і т. д.

Зконцентрованою соляною кислотою перекис барію реагує, виділяючи хлор:

ВаO 2 + 4НС1конц. = BaCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O

Перекис баріювідновлює солі благородних металів (володіють малою хімічноїактивністю) до відповідного металу. Перекис барію застосовують дляотримання перекису водню, в запалювальних бомбах, а також в якостікаталізатора крекінг-процесу.

Ba O 2 • H 2O 2 являє собою жовті Моноклінна мікрокристали, стійкі при 0 В°,важко розчинні у звичайних розчинниках.

Гідроокисбарію, Ва (ОН) 2,отримують дією води на металевий барій або ВаО. Використовують такожобробку розчинів солей барію (особливо нітрату) лугами. У промисловостізастосовують дію перегрітого пара на сульфід барію. З цією ж метою можнанагріти до 175 "(під тиском) метасплікат барію BaSiOs з розчином NaOH. Описано метод, заснований на відновленні перекису барію при 550 В°:

Ba (OH) 2 -білий порошок з щільністю 4,495 г/см 3 і т. пл. 408 В°. У катодних променяхгідроокис барію фосфоресціюючі жовто-помаранчевим кольором. Розчиняється у воді,важко розчинна в ацетоні і метплацетате.

Прирозчиненні Ва (ОН) 2 в воді виходить безбарвний розчин з сильно лужномуреакцією - баритові вода, яка в присутності двоокису вуглецю швидкопокривається поверхневою плівкою карбонату барію.

Відомікристалогідрати Ва (ОН) 2 * 8Н 2 О, Ва (ОН) 2 * 7 H 2 O, Ва (ОН) • 2Н 2 O іВа (ОН) 2 * H 2 O. Кристалогідрат Ва (ОН) 2 * 8 H 2 O виділяється у виглядібезбарвних Моноклінна призм з щільністю 2,18 г/см 3 і т. пл. 78 В°. Принагріванні до 650 В° в струмі повітря кристалогідрат перетворюється на оксид абоперекис барію.

Пропущенняхлору через баритові воду супроводжується утворенням хлориду, хлорату ідуже незначних кількостей гінохлоріта барію:

6Ва (ОН) 2 + 6CL 2 = 5 BaCl 2 + Ва (ClO 3) 2 + 6H 2 О

баритовівода реагує при 100 В° з сірковуглецем:

2Ва (ОН) 2 +CS 2 = ВАЛТ 3 + Ba (HS) 2 + H 2 O

Металевийалюміній взаємодіє з баритовій водою з утворенням гідроксоалюмінатбарію і водню:

2А l + Ва (ОН)2 + 10 H 2 O = Ba [Al (OH) 4 (H 2 O) 2] 2 +3 H 2

Вище 1000 В°гідроокис барію піддається термічній дисоціації:

Ва (ОН) 2 в†’ВаО + Н 2 O

баритовівода Ва (ОН) 2 застосовується в якості дуже чутливого хімічногореактиву на двоокис вуглецю.

Фторид барію,BaF 2, отримуютьбезпосереднім синтезом з елементів, дією фтористого водню на окис,гідроокис, карбонат або хлорид барію, обробкою баритові водифтористо-водневої кислотою, обробкою нітрату або хлориду барію фторидомнатрію або калію, а також сплавленням хлориду магнію з фторидом кальцію абомагнію в атмосфері CO 2 і термічним розкладанням гексафторосіліката барію ватмосфері інертного газу:

Безбарвнікубічні кристали BaF 2 мають грати типу CaF 2 з відстанню між центроміона Ва 2 + і іона F Цї 2,68 А. Щільність 4,83 г/см 3, т.пл.1280 В°, т. кип. 2137 В°. Кристали мало розчинні у воді (1,63 г/л при 18 В°),розчиняються в фторістоводо-рідний, соляної та азотної кислоти. Застосовуються длявиготовлення емалей і оптичних стекол. Температура плавлення суміші BaF 2 *LiF 850 ​​°, а суміші BaF 2 * BaCl лютого 1010 В°.