БА́РИЙ

БА́РИЙ (лат. Barium), Ba, хи­мич. эле­мент II груп­пы ко­рот­кой фор­мы (2-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы; от­но­сит­ся к щё­лоч­но­зе­мель­ным ме­тал­лам; ат. н. 56, ат. м. 137,327. В при­ро­де 7 ста­биль­ных нук­ли­дов, сре­ди ко­то­рых пре­об­ла­да­ет $\ce{^{138}Ba}$ (71,7%); ок. 30 нук­ли­дов по­лу­че­ны ис­кус­ст­вен­но.

Историческая справка

Б. в ви­де ок­си­да от­крыл в 1774 К. Шее­ле, ко­то­рый об­на­ру­жил не­из­вест­ную ра­нее «зем­лю», поз­же на­зван­ную «тя­жё­лой зем­лёй» – ба­ри­том (от греч. βαρύς – тя­жё­лый). В 1808 Г. Дэ­ви по­лу­чил ме­тал­лич. Б. в ви­де амаль­га­мы элек­тро­ли­зом рас­плав­лен­ных со­лей.

Распространённость в природе

Со­дер­жа­ние Б. в зем­ной ко­ре со­став­ля­ет 5·10^–2% по мас­се. Вслед­ст­вие вы­со­кой хи­мич. ак­тив­но­сти в сво­бод­ном ви­де не встре­ча­ет­ся. Основные ми­не­ра­лы: ба­рит $\ce{BaSO_4}$ и ви­те­рит $\ce{BaCO_3}$. Ми­ро­вое произ-во $\ce{BaSO_4}$ ок. 6 млн. т. г. д.

Свойства

Кон­фи­гу­ра­ция внеш­ней элек­трон­ной обо­лоч­ки ато­ма Б. $6s^2$; в со­еди­не­ни­ях про­яв­ля­ет сте­пень окис­ле­ния +2, ред­ко +1; элек­тро­от­ри­ца­тель­ность по По­лин­гу 0,89; атом­ный ра­ди­ус 217,3 пм, ра­ди­ус ио­на $\ce{Ba^{2+}}$ 149 пм (ко­ор­ди­национное чис­ло 6). Энер­гия ио­ни­за­ции $\ce{Ba^0→Ba^+→Ba^{2+}}$ 502,8 и 965,1 кДж/моль. Стан­дарт­ный элек­трод­ный по­тен­ци­ал па­ры $\ce{Ba^{2+}/Ba}$ в вод­ном рас­тво­ре –2,906 $\ce{B}$.

Б. – се­реб­ри­сто-бе­лый ков­кий ме­талл; $t_{пл}$ 729 °С, $t_{кип}$ 1637 °С. При нор­маль­ном дав­ле­нии кри­стал­лич. ре­шёт­ка Б. ку­биче­ская объ­ём­но­цент­ри­ро­ван­ная; при 19 °С и 5530 МПа об­ра­зу­ет­ся гек­саго­наль­ная мо­ди­фи­ка­ция. При 293 К плот­ность Б. 3594 кг/м³, те­п­ло­про­вод­ность 18,4 Вт/(м·К), элек­трич. со­про­тив­ле­ние 5·10^–7 Ом·м. Б. па­ра­маг­ни­тен; удель­ная маг­нит­ная вос­при­им­чи­вость 1,9·10^–9 м³/кг.

Ме­тал­лич. Б. бы­ст­ро окис­ля­ет­ся на воз­ду­хе; его хра­нят в ке­ро­си­не или под сло­ем па­ра­фи­на. Б. взаи­мо­дей­ст­ву­ет при обыч­ной темп-ре с ки­сло­ро­дом, об­ра­зуя ок­сид ба­рия $\ce{BaO}$, и с га­ло­ге­на­ми, об­разуя га­ло­ге­ни­ды. Про­ка­ли­ва­ни­ем $\ce{BaO}$ в то­ке ки­сло­ро­да или воз­ду­ха при 500 °C по­лу­ча­ют пе­рок­сид $\ce{BaO_2}$ (раз­ла­га­ет­ся до $\ce{BaO}$ при 800 °C). Для ре­ак­ций с азо­том и во­до­ро­дом не­об­хо­ди­мо на­гре­ва­ние, про­дук­та­ми ре­ак­ций яв­ля­ют­ся нит­рид $\ce{Ba_3N_2}$ и гид­рид $\ce{BaH_2}$. Б. реа­ги­ру­ет с па­рá­ми во­ды да­же на хо­ло­ду; в во­де энер­гич­но рас­тво­ря­ет­ся, да­вая гид­рок­сид $\ce{Ba(OH)_2}$, об­ла­даю­щий свой­ст­ва­ми ще­ло­чей. С раз­бав­лен­ны­ми ки­сло­та­ми Б. об­ра­зу­ет со­ли. Из наи­бо­лее ши­ро­ко ис­поль­зуе­мых со­лей Б. рас­тво­ри­мы в во­де: хло­рид $\ce{BaCl_2}$ и др. га­ло­ге­ни­ды, нит­рат $\ce{Ba(NO_3)_2}$, хло­рат $\ce{Ba(ClO_3)_2}$, аце­тат $\ce{Ba(OOCCH_3)_2}$, суль­фид $\ce{BaS}$; пло­хо рас­тво­ри­мы – суль­фат $\ce{BaSO_4}$, кар­бо­нат $\ce{BaCO_3}$, хро­мат $\ce{BaCrO_4}$. Б. вос­ста­нав­ли­ва­ет ок­си­ды, га­ло­ге­ни­ды и суль­фи­ды мн. ме­тал­лов до со­от­вет­ст­вую­ще­го ме­тал­ла. С боль­шин­ст­вом ме­тал­лов Б. об­ра­зу­ет спла­вы, ино­гда спла­вы со­дер­жат ин­тер­ме­тал­ли­ды. Так, в сис­те­ме $\ce{Ba – Al}$ об­на­ру­же­ны $\ce{BaAl,\, BaAl_2,\, BaAl_4}$.

Рас­тво­ри­мые со­ли Б. ток­сич­ны; прак­ти­че­ски не­ток­си­чен $\ce{BaSO_4}$.

Получение

Осн. сы­рьё для про­из-ва Б. – ба­ри­то­вый кон­цен­трат (80–95%) $\ce{BaSO_4}$, ко­то­рый вос­ста­нав­ли­ва­ют ка­мен­ным уг­лем, кок­сом или при­род­ным го­рю­чим га­зом; об­ра­зую­щий­ся суль­фид Б. пе­ре­ра­ба­ты­ва­ют в др. со­ли это­го эле­мен­та. Про­ка­ли­ва­ни­ем со­еди­не­ний Б. по­лу­ча­ют $\ce{BaO}$. Тех­ни­че­ски чис­тый ме­тал­лич. Б. (96–98% по мас­се) по­лу­ча­ют тер­мич. вос­ста­нов­ле­ни­ем ок­си­да $\ce{BaO}$ по­рош­ком $\ce{Al}$. Пе­ре­гон­кой в ва­куу­ме Б. очи­ща­ют до со­дер­жа­ния при­ме­сей ме­нее 10^–4%, зон­ной плав­кой – до 10^–6%. Др. спо­соб по­лу­че­ния Б. из $\ce{BaO}$ – элек­тро­лиз рас­пла­ва ок­си­да. Не­боль­шие ко­ли­че­ст­ва Б. по­лу­ча­ют вос­ста­нов­ле­ни­ем бе­рил­ла­та $\ce{BaBeO_2}$ при 1300 °С ти­та­ном.

Применение

Б. ис­поль­зу­ют как рас­кис­ли­тель ме­ди и свин­ца, в ка­че­ст­ве при­сад­ки к ан­ти­фрикц. спла­вам, чёр­ным и цвет­ным ме­тал­лам, а так­же к спла­вам, при­ме­няе­мым для из­го­тов­ле­ния ти­по­граф­ских шриф­тов с це­лью уве­ли­че­ния их твёр­до­сти. Из спла­вов Б. с ни­ке­лем из­го­тов­ля­ют элек­тро­ды за­паль­ных све­чей в дви­га­те­лях внутр. сго­ра­ния и в ра­дио­лам­пах. Сплав Б. с алю­ми­ни­ем – аль­ба, со­дер­жа­щий 56% Ba, ос­но­ва гет­те­ров. Ме­тал­лич. Б. – ма­те­ри­ал для ано­дов в хи­мич. ис­точ­ни­ках то­ка. Ак­тив­ной ча­стью боль­шин­ст­ва тер­мо­эмис­си­он­ных ка­то­дов яв­ля­ет­ся ок­сид Б. Пеpоксид Б. ис­поль­зу­ют в ка­че­ст­ве окис­ли­те­ля, от­бе­ли­ва­те­ля, в пи­ро­тех­ни­ке; ра­нее его при­ме­ня­ли для ре­ге­не­ра­ции ки­сло­ро­да из $\ce{CO_2}$. Гек­са­фер­рит Б. $\ce{BaFe_{12}O_{19}}$ – пер­спек­тив­ный ма­те­ри­ал для ис­поль­зо­ва­ния в уст­рой­ст­вах хра­не­ния ин­фор­ма­ции; $\ce{BaFe_{12}O_{19}}$ при­ме­ня­ют для из­го­тов­ле­ния по­сто­ян­ных маг­ни­тов. $\ce{BaSO_4}$ вво­дят в бу­ро­вые рас­тво­ры при до­бы­че неф­ти и га­за. Ти­та­нат Б. $\ce{BaTiO_3}$ – один из важ­ней­ших сег­не­то­элек­три­ков. Нук­лид $\ce{^{140}Ba}$ ($β$-из­лу­ча­тель, $T_{1/2}$ 12,8 сут) – изо­топ­ный ин­ди­ка­тор, ис­поль­зуе­мый для ис­сле­до­ва­ния со­еди­не­ний Б. По­сколь­ку со­еди­не­ния Б. хо­ро­шо по­гло­ща­ют рент­ге­нов­ское и $γ$-из­лу­че­ние, их вво­дят в со­став за­щит­ных ма­те­риа­лов рент­ге­нов­ских ус­та­но­вок и ядер­ных ре­ак­то­ров. $\ce{BaSO_4}$ при­ме­ня­ют как кон­тра­ст­ное ве­ще­ст­во для рент­ге­но­ло­гич. ис­сле­до­ва­ний же­лу­доч­но-ки­шеч­но­го трак­та.