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钡(化学元素) 发布于:

钡,碱土金属元素,化学元素符号Ba,周期表中ⅡA族第六周期元素,是一种柔软的有银白色光泽的碱土金属,是碱土金属中最活泼的元素。元素名来源于希腊文βαρύς (barys),原意是“重的”。

由于钡的化学性质十分活泼,从来没有在自然界中发现钡单质。钡在自然界中最常见的矿物是重晶石(硫酸钡)和毒重石(碳酸钡),二者皆不溶于水。钡在1774年被确认为一个新元素,但直到1808年电解法发明不久后才被归纳为金属元素。钡的化合物用于制造烟火中的绿色(以焰色反应为原理)。

电解熔融的氯化钡或用铝还原氯化钡,可制得金属钡。

碱土金属的硫化物具有磷光现象,即它们受到光的照射后在黑暗中会继续发光一段时间。钡的化合物正是因这一特性而开始被人们注意。

1602年意大利波罗拉(Bologna,现称博洛尼亚)城一位制鞋工人卡西奥劳罗将一种含硫酸钡的重晶石与可燃物质一起焙烧后,发现它在黑暗中可以发光,这引起了当时学者们的兴趣。后来这种石头被称为波罗拉石,并引起了欧洲化学家分析研究的兴趣。

1774年瑞典化学家舍勒(C.W.Scheele)发现氧化钡是一种比重大的新土,称之为“Baryta”(重土)。

1774年,舍勒认为这种石头是一种新土(氧化物)和硫酸结合成的,1776年他加热这一新土的硝酸盐,获得纯净的土(氧化物)。

1808年英国化学家戴维(H.Davy)用汞作阴极,铂作阳极,电解重晶石(BaSO4)制得钡汞齐,经蒸馏去汞后,得到一种纯度不高的金属,并以希腊文barys(重)命名。元素符号定为Ba,称为钡。

钡,和其它碱土金属一样,在地球上到处都有分布:在地壳上部的含量是0.026%,而在地壳中的平均值是0.022%。钡主要以重晶石形式存在,以硫酸盐或碳酸盐形式存在。

自然界钡的主要矿物为重晶石(BaSO4)和毒重石(BaCO3)。重晶石矿床分布很广,中国的湖南、广西、山东等地都有较大的矿床。

元素在太阳中的含量

0.01(ppm)

元素在海水中的含量

0.0047(ppm)

地壳中含量

500(ppm)

钡是银白色金属,熔点725°C,沸点1600°C,密度3.51克/立方厘米,有延展性。钡的主要矿石是重晶石和毒重石。

原子序数

56

质子数

56

中子数

82

原子体积

39.24立方厘米/摩尔

沸点

1600℃

熔点

725℃

密度

3.51g/cm3

原子量

137.3

电离能 (kJ /mol)

M - M

502.8

M - M2

965.1

M2 - M3

3600

M3 - M4

4700

M4 - M5

6000

M5 - M6

7700

M6 - M7

9000

M7 - M8

10200

M8 - M9

13500

M9 - M10

15100

晶体结构:晶胞为体心立方晶胞,每个晶胞含有2个金属原子。

晶胞参数:

a =502.8 pm

α = 90°

b =502.8 pm

β = 90°

c = 502.8 pm

γ = 90°

天然钡混合了钡-138(71.66%)、钡-137(11.32%)、钡-136(7.81%)、钡-135(6.59%)、钡-134(2.42%)、钡-130(0.101%)、钡-132(0.097%)7种稳定的同位素。

钡是一种化学元素。化学符号 Ba, 原子序数 56,属周期系ⅡA族,为碱土金属的成员。钡的化学活性很大,在碱土金属中是最为活泼的。从电势以及电离能可以看出,钡单质具有很强的还原性,事实上若只考虑失去第一个电子的情况,钡在水中的还原性是最强的,但钡失去第二个电子相对困难, 所以综合考虑,钡的还原性会下降不少。即使如此,它也是酸性溶液中最活泼的金属之一,仅次于锂,铯,铷与钾 。

所属周期

6

所属族数

IIA

电子层分布

2-8-18-18-8-2

氧化态

Ba0 Ba2

外围电子排布

6s

氧化钡

钡在空气中缓慢氧化,生成氧化钡,氧化钡为无色立方晶体。溶于酸,不溶于丙酮和氨水。与水作用成氢氧化钡,有毒。燃烧时则发出绿色火焰,生成过氧化钡。

2Ba+O2=2BaO

2BaO+O2=2BaO2

氢氧化钡

无色透明结晶或白色粉末。在硫酸干燥器中能失去7分子结晶水,约在78℃失去全部结晶水,可溶于水、甲醇,微溶于乙醇,几乎不(难)溶于丙酮。若从空气中迅速吸收二氧化碳变成碳酸盐后,则不能完全溶于水,相对密度2.188,熔点78℃(八水化合物,在纯氢氧化钡的情况下是>408℃的),折光率1.471,有毒,有腐蚀性。钡与水反应,生成氢氧化钡与氢气,由于氢氧化钡的溶解度不大,且钡的升华能较高,所以反应不如碱金属那样剧烈,生成的氢氧化钡会遮盖住视线。

Ba + 2H2O = Ba(OH)2 + H2

氨基钡

钡能溶于液氨,生成具有顺磁性的、导电的蓝色溶液,其本质是形成了氨合电子。在长时间放置后,氨中的氢会被氨合电子还原成氢气,总反应为钡与液氨反应生成氨基钡与氢气。

Ba+2NH3(l)=[Ba(NH3)2]2e

[Ba(NH3)2]2e=Ba(NH2)2+H2

硫酸钡

无色斜方晶系晶体或白色无定型粉末。干燥时易结块。相对密度4.50(15℃),熔点1580℃。几乎不溶于水、乙醇和酸。溶于热浓硫酸中。在1150℃左右发生多晶转变。在约1400℃开始显著分解。化学性质稳定,硫酸钡溶于水的部分全部电离,为强电解质。硫酸钡不溶于稀硝酸。主要用作胃肠道造影剂。

用于制钡盐、合金、焰火、核反应堆等,也是精炼铜时的优良除氧剂。广泛用于合金,有铅、钙、镁、钠、锂、铝及镍等合金。金属钡可用作除去真空管和显像管痕量气体的消气剂、精炼金属的脱气剂

硝酸钡与氯酸钾、镁粉、松香混合,可以用来制造信号弹与烟火 。

可溶性的钡化合物常用作杀虫剂,比如氯化钡,以防治多种植物害虫。也可用于精制电解法制烧碱的盐水和锅炉用水。也用于制备颜料。纺织工业和皮革工业用作媒染剂和人造丝消光剂。

硫酸钡是X线检查辅助用药。无嗅无味的白色粉末,X线检查中在体内可提供阳性对比的物质。医用硫酸钡在胃肠道内不吸收,也没有过敏反应,其中不含有氯化钡、硫化钡和碳酸钡等可溶性钡化合物。主要用于胃肠道造影,偶用于其他目的检查。

工业上制取金属钡分为制取氧化钡和金属热还原(铝热还原)两个步骤。 在1000~1200℃,用金属铝还原氧化钡,可制得金属钡,再用真空蒸馏法提纯。

单质钡的制备:

1)电解熔融的BaCl2

2)在真空中用Al或Si在147K下还原BaO或BaCl2

3)钡的氮化物热分解。

铝热还原法生产金属钡:

因配料比不同,铝还原氧化钡的反应可能有两种,反应式为:

6BaO+2Al→3BaO·Al2O3+3Ba↑

或:4BaO+2Al→BaO·Al2O3+3Ba↑

这两种反应在1000~1200℃时,都只能生成少量的钡,因此,必须用真空泵将钡蒸气不断地从反应区转移到冷凝区,反应才能不断向右进行。反应后的残渣有毒,需经处理才能弃去。

钡对人类来说不是必需元素是有毒元素,食入可溶性钡化合物会引起钡中毒。假定成年人的平均体重是70kg,他体内的钡总量大约是16mg。误服钡盐后,钡盐会被水和胃酸溶解,这导致了许多中毒事件和一些死亡事件的发生。中毒症状有呕吐、绞痛、腹泻、心跳变缓且不规律、短暂的血压升高、痉挛性的震颤和肌肉麻痹。氯化钡的LD50曾被假定为大约1g/kg。在摄入数小时后或数天后会死亡。钡会在血浆中形成蛋白质加合物,在骨骼中沉积的钡占钡总量的65%。钡在骨骼中的半衰期大约是50天。钡的毒性和它抑制K+离子以及它与硫酸盐反应有关。人注射的氯化钡的吸收量高达60-80%,而对口服的氯化钡的吸收量只有10-30%。

急性钡盐中毒症状:急性钡盐中毒临床比较少见,多为误服。凡在水或稀盐酸中可溶解的钡化合物均具毒性,包括氯化钡、碳酸钡、氢氧化钡、硝酸钡、醋酸钡、硫化钡、氧化钡等。钡盐中毒主要表现为胃肠道刺激症状和低钾症候群,如恶心、呕吐、腹痛、腹泻、四肢软瘫、心肌受累、呼吸肌麻痹等。因该类患者多有呕吐、腹痛、腹泻等胃肠道症状而易误诊,集体发病时易误诊为食物中毒,单发时则易误诊为急性胃肠炎。

即使发现了低钾血症,也常认为是呕吐、腹泻造成的体液钾丢失所致,而未能引起足够重视。但需注意的是此类患者的低钾血症比较严重,与其体液钾丢失的量不相平行,所以临床上遇到原因不明的迅速发展的低钾血症,同时有胃肠道症状而用胃肠炎不能解释者,应想到有急性钡盐中毒的可能,可将呕吐物或食物行毒物分析,如发现钡盐含量高可得到确诊。口服氯化钡的中毒量为0.2~0.5 g ,致死量为0.8~4.0 g。钡中毒引起低钾血症的可能机制:钡中毒时,细胞膜上的Na +2K+2ATP酶继续活动,故细胞外液中的钾不断进入细胞,但钾从细胞内流出的孔道被特异地阻断,因而发生低钾血症。急性钡盐中毒的治疗首要是洗胃,洗胃液可以选用2 %~5 % 硫酸镁或硫酸钠,解毒剂可选用硫酸钠或硫代硫酸钠,同时积极纠正低钾血症,有心律失常者应用抗心律失常药物,呼吸困难时给予氧疗,必要时人工呼吸。

泄漏应急处理

隔离泄漏污染区,限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自吸过滤式防尘口罩,穿消防防护服。不要直接接触泄漏物。小量泄漏:避免扬尘,用洁净的铲子收集于干燥、洁净、有盖的容器中。转移回收。大量泄漏:用塑料布、帆布覆盖,减少飞散。使用无火花工具转移回收。

防护措施

呼吸系统防护:一般不需要特殊防护,但建议特殊情况下,佩戴自吸过滤式防尘口罩。

眼睛防护:戴化学安全防护眼镜。

身体防护:穿化学防护服。

手防护:戴橡胶手套。

其它:工作现场严禁吸烟。注意个人清洁卫生。

皮肤接触:脱去被污染的衣着,用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。

眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗。就医。

吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。

食入:饮足量温水,催吐,用2%-5%硫酸钠溶液洗胃,导泻。就医。

灭火方法:不可用水、泡沫、二氧化碳、卤化烃(如1211灭火剂)等灭火。须用干燥石墨粉或其它干粉(如干砂)灭火。

储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。相对湿度保持在75%以下。包装要求密封,不可与空气接触。应与氧化剂、酸类、碱类等分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有合适的材料收容泄漏物。


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