ბარიუმი

ბარიუმი^[1][2] (ლათ. Barium; ქიმიური სიბოლო — ${\displaystyle {\ce {Ba}}}$) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, მეორე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მეორე ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, IIა) ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია — 56, ატომური მასა — 137.33, t_დნ — 727 °C, t_დუღ — 1845 °C, სიმკვრივე — 3.51 გ/სმ³. ვერცხლისფერი რბილი ლითონი. გაცხელებისას ადვილად აალდება და იწვის მოყვითალო-მომწვანო ფერის ალით. ბარიუმი შედგება შვიდი მდგრადი იზოტოპისაგან, რომელთაგან ჭარბობს ${\displaystyle {\ce {^{138}Ba}}}$ (71.70%). 1774 წელს ბარიუმი აღმოაჩინა შვედმა ქიმიკოსმა კ. შეელემ ჟანგის ${\displaystyle {\ce {BaO}}}$ სახით. 1808 წელს ლითონური ბარიუმი მიიღო ჰ. დეივიმ ვერცხლისწყლის კათოდზე ტენიანი ${\displaystyle {\ce {Ba(OH)2}}}$-ის ელექტროლიზით. ბარიუმის შემცველობა დედამიწის ქერქში მასით 0.05%-ს შეადგენს.

ბარიუმი

56Ba

137.33

6s2

ბარიუმი, ₅₆Ba

ზოგადი თვისებები
მარტივი ნივთიერების ვიზუალური აღწერა	ვერცხლისფერი რბილი ლითონი
სტანდ. ატომური წონა Ar°(Ba)	137.327±0.007 137.33±0.01 (დამრგვალება)
ბარიუმი პერიოდულ სისტემაში
წყალბადი ჰელიუმი ლითიუმი ბერილიუმი ბორი ნახშირბადი აზოტი ჟანგბადი ფთორი ნეონი ნატრიუმი მაგნიუმი ალუმინი სილიციუმი ფოსფორი გოგირდი ქლორი არგონი კალიუმი კალციუმი სკანდიუმი ტიტანი ვანადიუმი ქრომი მანგანუმი რკინა კობალტი ნიკელი სპილენძი თუთია გალიუმი გერმანიუმი დარიშხანი სელენი ბრომი კრიპტონი რუბიდიუმი სტრონციუმი იტრიუმი ცირკონიუმი ნიობიუმი მოლიბდენი ტექნეციუმი რუთენიუმი როდიუმი პალადიუმი ვერცხლი კადმიუმი ინდიუმი კალა სტიბიუმი ტელური იოდი ქსენონი ცეზიუმი ბარიუმი ლანთანი ცერიუმი პრაზეოდიმი ნეოდიმი პრომეთიუმი სამარიუმი ევროპიუმი გადოლინიუმი ტერბიუმი დისპროზიუმი ჰოლმიუმი ერბიუმი თულიუმი იტერბიუმი ლუტეციუმი ჰაფნიუმი ტანტალი ვოლფრამი რენიუმი ოსმიუმი ირიდიუმი პლატინა ოქრო ვერცხლისწყალი თალიუმი ტყვია ბისმუტი პოლონიუმი ასტატი რადონი ფრანციუმი რადიუმი აქტინიუმი თორიუმი პროტაქტინიუმი ურანი (ელემენტი) ნეპტუნიუმი პლუტონიუმი ამერიციუმი კიურიუმი ბერკელიუმი კალიფორნიუმი აინშტაინიუმი ფერმიუმი მენდელევიუმი ნობელიუმი ლოურენსიუმი რეზერფორდიუმი დუბნიუმი სიბორგიუმი ბორიუმი ჰასიუმი მეიტნერიუმი დარმშტადტიუმი რენტგენიუმი კოპერნიციუმი ნიჰონიუმი ფლეროვიუმი მოსკოვიუმი ლივერმორიუმი ტენესინი ოგანესონი Sr ↑ Ba ↓ Ra ცეზიუმი ← ბარიუმი → ლანთანი
ატომური ნომერი (Z)	56
ჯგუფი	2 ჯგუფი (ტუტემიწა ლითონები)
პერიოდი	6 პერიოდი
ბლოკი	s-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია	[Xe] 6s2
ელექტრონი გარსზე	2, 8, 18, 18, 8, 2
ელემენტის ატომის სქემა
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში	მყარი სხეული
დნობის ტემპერატურა	727 °C ​(1000 K, ​​1341 °F)
დუღილის ტემპერატურა	1845 °C ​(2118 K, ​​3353 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.)	3.51 გ/სმ3
სიმკვრივე (ლ.წ.)	3.338 გ/სმ3
დნობის კუთ. სითბო	7.12 კჯ/მოლი
აორთქ. კუთ. სითბო	142 კჯ/მოლი
მოლური თბოტევადობა	28.07 ჯ/(მოლი·K)
ნაჯერი ორთქლის წნევა P (პა) 1 10 100 1 k 10 k 100 k T (K)-ზე 911 1038 1185 1388 1686 2170
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი	1, +2
ელექტროდული პოტენციალი	−2.906 ვ
ელექტრო­უარყოფითობა	პოლინგის სკალა: 0.89
იონიზაციის ენერგია	1: 502.9 კჯ/მოლ 2: 965.2 კჯ/მოლ 3: 3600 კჯ/მოლ
ატომის რადიუსი	ემპირიული: 222 პმ
კოვალენტური რადიუსი (rcov)	215±11 პმ
იონური რადიუსი (rion)	(+2e)134 პმ
ვან-დერ-ვალსის რადიუსი	268 პმ
მოლური მოცულობა	39.0 სმ3/მოლი
ბარიუმის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
ბუნებაში გვხვდება	პირველადი ნუკლიდების სახით
მესრის სტრუქტურა	კუბური მოცულობაცენტრირებული
მესრის პერიოდი	5.332 Å
ბგერის სიჩქარე	1620 მ/წმ (20 °C)
თერმული გაფართოება	20.6 µმ/(მ·K) (25 °C)
თბოგამტარობა	18.4 ვტ/(მ·K)
კუთრი წინაღობა	332 ნომ·მ (20 °C)
მაგნეტიზმი	პარამაგნეტიკი
მაგნიტური ამთვისებლობა	6995206000000000000♠+20.6×10−6 სმ3/მოლ
იუნგას მოდული	13 გპა
წანაცვლების მოდული	4.9 გპა
დრეკადობის მოდული	9.6 გპა
მოოსის მეთოდი	1.25
CAS ნომერი	7440-39-3
ისტორია
აღმომჩენია	კარლ ვილჰელმ შეელე (1772)
პირველი მიმღებია	ჰამფრი დეივი (1808)
ბარიუმის მთავარი იზოტოპები
იზო­ტოპი გავრცე­ლება­დობა ნახევ. დაშლა (t1/2) რადიო. დაშლა პრო­დუქტი 130Ba 0.11% (0.5–2.7)×1021 წ εε 130Xe 132Ba 0.10% სტაბილური 133Ba სინთ 7008331670376000000♠10.51 y ε 133Cs 134Ba 2.42% სტაბილური 135Ba 6.59% სტაბილური 136Ba 7.85% სტაბილური 137Ba 11.23% სტაბილური 138Ba 71.70% სტაბილური
ბარიუმი ვიკისაწყობში •

ისტორია

ბარიუმი აღმოჩენილ იქნა ბარიუმის ოქსიდის (BaO) სახით 1774 წ. კარლ შეელეს მიერ. 1808 წ. ინგლისელმა ქიმიკოსმა გემფრი დევიმ ბარიუმის ჰიდროქსიდისა და ვერცხლისწყლის კათოდის სველი ელექტოლიზით მიიღო ბარიუმის ამალგამა; გახურებისას, ვერცხლისწყლის აორთქლებით გამოყო ლითონი ბარიუმი.

სახელწოდების წარმომავლობა

თავის სახელწოდება მიიღო ძვ. ბერძნ. βαρύς — «მძიმე», რადგან მისი ოქსიდი (BaO) იქნა დახასიათებული როგორც მაღალი სიკვრივის მქონე, რაც ასეთი ნივთიერებებისთვის მეტად უჩვეულო იყო.

ბუნებაში არსებობა

ბარიუმის არსებობა დედამიწის ქერქში შეადგენს მასის 0,05 %; ზღვის წყალი ბარიუმს საშუალოდ შეიცავს 0,02 მგ/ლ. ბარიუმი აქტიურია, ის შედის ტუტემიწა ლითონების ქვეჯგუფში და მინერალებში კავშირები საკმაოდ მტკიცე აქვს. ძირითადი მინერალებია: ბარიტი (BaSO₄) და ვიტერიტი (BaCO₃).

ბარიუმის იშვიათი მინერალებია: ცელზიანი ან ბარიუმის მინდვრის შპატი (ბარიუმის ალუმოსილიკატი), გიალოფანი (ბარიუმისა და კალიუმის შერეული ალუმოსილიკატი), ნიტრობარიტი (ბარიუმის ნიტრატი) და სხვა.

ადგილმდებარეობის ტიპები

მინერალური ასოციაციის მიხედვით ბარიტების მადნები იყოფიან მონომინერალურად და კომპლექსურად. კომპლექსურები იყოფიან ბარიტო-სულფიდურიან (შეიცავენ ტყვიის, თუთიის, ზოგჯერ სპილენძის სულფიდებს და რკინის კოლჩედანს, იშვიათად Sn, Ni, Au, Ag), ბარიტო-კალციტიანი (შეიცავს 75 % კალციტებს), რკინა-ბარიტიანი (შეიცავს მაგნეტიტს, გემატიტს,ზედა ზონებში გეტიტს და ჰიდროგეტიტს) და ბარიტო-ფლიუორიტული (ბარიტისა და ფლიუორიტის გარდა შეიცავს კვარცს და კალციტს, მცირე მინარევების სახით ზოგჯერ შეიცავს თუთიის, სპილენძის, ყიისა და ვერცხლისწყლის სულფიდებს).

პრაქტიკულობის თვალსაზრისით ინტერსს იწვევს ჰიდროთერმული ძარღური მონომინერალური, ბარიტო-სულფიდური და ბარიტი- ფლიუორიტული საბადოები. საწარმოო მნიშვნელობა აქვს ასევე ზოგ მეტასომატიკურ პლასტურ საბადოებს. დანალექ საბადოებს, რომლებიც წარმოადგენს ტიპურ წყლის აუზების ქიმიურ დანალექს, რაც ძალიან იშვიათად გვხვდება.

საბადოები

ყველაზე მსხვილი საბადოები მდებარეობს რუმინეთის, აშშ, საფრანგეთის ტერიტორიაზე.

იზოტოპები

ბუნებრივი ბარიუმი შედგება შვიდი სტაბილური იზოტიპის ნარევისაგან: ¹³⁰Ba, ¹³²Ba, ¹³⁴Ba, ¹³⁵Ba, ¹³⁶Ba, ¹³⁷Ba, ¹³⁸Ba. ბოლო წარმოადგენს ყველაზე გავრცელებულს (71,66 %). ცნობილია ბარიუმის რადიოაქტიური იზოტოპები, ყველაზე მნიშვნელოვანი მათ შორის არის ¹⁴⁰Ba. ის წარმოიქმნება ურანის თორიუმის და პლუტონიუმის დაშლისას.

სტანდარტული ატომური მასა

ბარიუმის სტანდარტულ ატომურ მასად მიღებულია — 137.33 (137.326672), რომელიც როგორც წესი იანგარიშება ბუნებაში არსებულ ყველა სტაბილურ იზოტოპტთა საშუალო შეწონილი მასით, მათი დედამიწის ქერქსა და ატმოსფეროში გავრცელების პროპორციულად.

იზოტოპი	Z	N	ატომური მასა (მ.ა.ე.)	% ბუნებაში	საშუალო შეწონილი
130Ba	56	74	129.9063208	0.11 %	0.142896953
132Ba	56	76	131.9050613	0.10 %	0.131905061
134Ba	56	78	133.9045084	2.42 %	3.240489103
135Ba	56	79	134.9056886	6.59 %	8.890284879
136Ba	56	80	135.9045759	7.85 %	10.66850921
137Ba	56	81	136.9058274	11.23 %	15.37452442
138Ba	56	82	137.9052472	71.70 %	98.87806224
Ar°(Ba)					137.326672

მიღება

ბარიუმის მისაღებად ნედლეულად ძირითად გამოიყენება — ბარიტის კონცენტრატი (80-95 % BaSO₄), რომელსაც თავის მხრივ მიიღებენ ბარიტის ფლოტაციით. შემდეგში ბარიუმის სულფატს კოქსით აღადგენენ ან ბუნებრივი გაზით:

BaSO₄ + 4С = BaS + 4CO↑

BaSO₄ + 2CH₄ = BaS + 2С + 4H₂O↑.

შემდეგ სულფიდს გახურებით აჰიდროლიზებენ ბარიუმის ჰიდროქსიდამდე Ba(OH)₂ ან CO₂ ის მოქმედებით გარდაქმნის უხსნად ბარიუმის კარბონატად BaCO₃, რომელიც გადჰყავთ ბარიუმის ოქსიდში BaO (გახურება 800 °C Ba(OH)₂-ის და 1000 °C-ზე მეტი BaCO₃):

BaS + 2H₂O = Ba(OH)₂ + H₂S↑

BaS + H₂O + CO₂ = BaCO₃ + H₂S↑

Ba(OH)₂ = BaO + H₂O↑

BaCO₃ = BaO + CO₂↑

ბარიუმ ლითონს მიიღებენ ოქსიდის - ალუმინით აღდგენით. ალუმინით ვაკუუმში 1200—1250°С:

4BaO + 2Al = 3Ba + BaAl₂O₄.

ბარიუმს წმენდენ ვაკუუმში გატარებით ან დნობის ზონით.

ფიზიკური თვისებები

ნარიუმი მოვერცხლისფრო-თეთრი ჭედადი ლითონია. მკვეთრი დარტყმით სკდება. არსებობს ორი ბარიუმის ალოტროპიული მოდიფიკაცია: до 375 °C მდგრადია α-Ba კუბური მოცულობით-ცენტრირებული ბადით (პარამეტრი а = 0,501 ნმ), ზემოთ მდგრადია β-Ba.

სიმაგრე მინერალოგიური შკალათი 1,25;

ბარიუბს ლითონს ინახავენ ნავთში

ქიმიური თვისებები

ბარიუმი ტუტემიწა ლითონია. ინტენსიურად იჟანგება ჰაერზე, და წარმოქმნის ბარიუმის ოქსიდს ბარიუმის ნიტრიდს Ba₃N₂, ხოლო უმნიშვნელო გახურებით აალდება. ენერგიულად მოქმედებს წყალთან, სადაც წარმოიქმნებოდა ბარიუმის ჰიდროქსიდი Ba(ОН)₂:

Ba + 2Н₂О = Ba(ОН)₂ + Н₂↑

აქტიურად მოქმედებს გაზავებულ მჟავეების ხსნართან. ბარიუმის ბევრი მარილი უხსნადია ან ნახევრად უხსნადია: ბარიუმის სულფატი BaSO₄, ბარიუმის სულფიტი BaSO₃, ბარიუმის კარბონატი BaCO₃, ბარიუმის ფოსფატი Ba₃(PO₄)₂. ბარიუმის სულფიდი BaS, კალციუმის სულფიდისაგან განსხვავებთ რომელიც კარგად ხსნადია CaS.

ადვილად შედის რეაქციაში ჰალოგენებთან, და წარმოქმნის ჰალოგენიდებს.

წყალბადთან გახურებისას წარმოქმნის ბარიუმის ჰიდრიდს BaH₂, რომელიც თავის მხრივ ლითიუმის ჰიდრიდთან LiH ერთად იძლევა კომპლექსს Li[BaH₃].

გახურებისას რეაგირებს ამიაკთან:

6Ba + 2NH₃ = 3BaH₂ + Ba₃N₂

ბარიუმის ნიტრიდი Ba₃N₂ გახურებისას ურთიერთქმედებს CO, და წარმოქმნის ციანიდს:

Ba₃N₂ + 2CO = Ba(CN)₂ + 2BaO

თხევად ამიაკთან იძლევა ლურლ ხსნარს, საიდანაც შეიძლება ამიაკატის გამოყოფა [Ba(NH₃)₆], რომელსაც ოქროსფერი ბზინვარება აქვს და ადვილად იშლება NH₃-ის გამოყოფით. პლატინის კატალიზატორის არსებობისას ამიაკატი იშლება ბარიუმის ამიდის წარმოქმნით:

[Ba(NH₃)₆] = Ba(NH₂)₂ + 4NH₃ + Н₂

ბარიუმის კარბიდი BaC₂ შეიძლება მიღებულ იქნას ბარიუმის ოქსიდის ღუმელში ნახშირთან ერთად გახურებით.

ფოსფორთან ქმნის ფოსფიდს Ba₃P₂.

ბარიუმი აღადგენს ოქსიდებს, ლითონების ჰალოგენიდებს და სულფიდებს შესაბამისი ლითონების წარმოქმნამდე.

ხარისხობრივი და რაოდენობრივი ანალიზი

ხარისხობრივად ხსნარებში ბარიუმი აღმოჩნდება ნალექების მოსვლისას ბარიუმის სულფატი BaSO₄, რომელიც განსხვავდება შესაბამის კალციუმის სულფატისაგან და სტრონციუმის სულფატისაგან ძალიან დაბალი ხსნადობით არაორგანულ მჟავებში.

ნატრიუმის როდიზონატი ბარიუმის ნეიტრალურ მარილებიდან გამოყოფს დამახასიათებელ წითელ ნალექს ბარიუმის როდიზონატს. რეაქცია მეტად მგრძნობიარეა, სპეციფიკურად, იძლევა საშუალებას განისაზღვროს ბარიუმის იონების 1 ნაწილი ხსნარის 210000 ნაწილზე^[3].

ბარიუმის ნაერთები ცეცხლის ალს აძლევენ მოყვითალო-მომწვანო ფერს (ტალღის სიგრძე 455 და 493 ნმ).

რაოდენობრივად ბარიუმს განსაზღვრავენ გრავიმეტრიის მეთოდით BaSO₄ ან BaCrO₄ -ის სახით.

გამოყენება

გეტერნური მასალის ხარისხში გამოყენება

ლითონური ბარიუმი ხშირად გამოიყენება შენადნობში ალუმინთან ერთად და გამოიყენება როგორც აირშთამთქმელი (გეტერა) მაღალვაკუუმურ ელექტრო მოწყობილობებში.

ანტიკოროზიული მასალა

ბარიუმი ემატება ცირკონთან ერთად თხევადლითონურ თბომატარებელში (ნატრიუმის, კალიუმის, რუბიდიუმის, ლითიუმის, ცეზიუმის შენადნობი) უკანსკნელთა აგრესიულობის შესამცირებლად მილსადენებთან და მეტალურგიაში.

ოპტიკა

ბარიუმის ფტორიდი გამოიყენება მონოკრისტალის სახით ოპტიკაში (ლინზები, პრიზმები).

პიროტექნიკა

ბარიუმის პეროქსიდი გამოიყენება პიროტექნიკაში და როგორც დამჟანგავი. ბარიუმის ნიტრატი და ბარიუმის ქლორატი გამოიყენება პიროტექნიკაში ალის ფერის შესაღებად (მწვანე ცეცხლი).

ატომურ-წყალბადის ენერგეტიკა

ბარიუმის ქრომატი გამოიყენება წყალბადისა და ჟანგბადის მისაღებად თემოქიმური ხერხით (ოკ-რიჯის ციკლი, აშშ).

მაღალტემპერატურული ზეგამტარობა

ბარიუმის ოქსიდი სპილენძის ოქსიდთან და იშვიათმიწა ლითონებთან ერთად გამოიყენება ზეგამტარ კერამიკის სინთეზისათვის რომელიც მუშაობს თხევადი აზოტის ტემპერატურაზე და კიდევ უფრო მაღლა.

ბირთვული ენერგრტიკა

ბარიუმის ოქსიდი გამოიყენება სპეციალური მინის ხარშვის დროს — რომელიც გამოიყენება ურანის ღეროების დასაფარად. ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ტიპის მინას აქვს შემდეგი შემადგენლობა — (ფოსფორის ოქსიდი — 61 %, ВаО — 32 %, ალუმინის ოქსიდი — 1,5 %, ნატრიუმის ოქსიდი — 5,5 %). ატომური მრეწველობისათვის მინის ხარშვისას გამოიყენება ასევე ბარიუმის ფოსფატი.

დენის ქიმიური წყაროები

ბარიუმის ფტორიდი გამოიყენება მყარისხეული ფტორიონულ აკუმულატორულ ბატარეებში,როგორც ფტორიდული ელექტროლიტის კომპონენტი.

ბარიუმის ოქსიდი გამოიყენება მძლავრ სპილენძჟანგიან აკუმულატორებში, როგორც აქტიური მასის კომპონენტი (ბარიუმის ჟანგი-სპილენძის ჟანგი).

ბარიუმის სულფატი გამოიყენება როგორც უარყოფითი ელექტროდის აქტიური მასის გამფართოვებელი ტყვია-მჟავური აკუმულატორების წარმოებისას.

ფასები

ლითონური ბარიუმი ზოდებში 99,9 % სიწმინდის მისი ფასი მერყეობს მიახლოებით 30 დოლარი 1 კგ-ზე.

ბიოლოგიური როლი

ბარიუმის ბიოლოგიური როლი საკმაოდ არაა შესწავლილი. ცხოვრებისათვის აუცილებელი მიკროელემენტების რიცხვში ის არ შედის. ბარიუმის ხსნადი მარილები ძლიერი საწამლავებია.

რესურსები ინტერნეტში

• ბარიუმი Webelements-ზე
• ბარიუმი ქიმიური ელემენტების პოპულარულ ბიბლიოთეკაში დაარქივებული 2006-02-13 საიტზე Wayback Machine.