ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Тяжелый шпат, BaSO4, был первым известным соединением барин. Его открыл в начале XVII в. итальянский алхимик Касциароло. Он же установил, что этот минерал после сильного нагре­вания с углем светится в темноте красным светом и дал ему название «ляпис соларис» (солнечный камень).

Окись бария ВаО открыл в 1774 г. Шееле. Он назвал ее «тяжелой землей». В 1797 г., прокаливая нитрат бария, Вокелен получил : окись бария. Карбонат бария был открыт в 1783 г. в Шотландии , и назван «витеритом».

1 Металлический барий впервые получил Дэви в 1808 г. Название , «барий» происходит от слова «барис» (тяжелый).

РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ В ПРИРОДЕ

В природе барий встречается в виде соединений (сульфатов, карбонатов, силикатов, алюмосиликатов и т.д.) в различных минералах. Содержание бария в земной коре 0,05 вес. % — больше, чем содержание стронция. Ниже перечислены важнейшие минералы бария:

Барит (персидский шпат), BaSO4, содержит 65,7 Ва0, встре­чается в виде гранул или бесцветных прозрачных трубчатых кристаллов (иногда окрашенных примесями в желтый, коричневый, крас­ный, серый, голубой, зеленый или черный цвет) с плотностью 4,3—4,7 г/см3 и твердостью 3—3,5 по шкале Mooca. Залежи барита есть в России, США, Франции, Румынии и других странах. В природе встречаются разновидности барита, которые содержат сульфат строн­ция (баритоцелестин), сульфат свинца и радия.

Барит применяют в химической промышленности для получения солей бария, используемых в пиротехнике, производстве красок и лаков, бумажной промышленности, для приготовления фотобу­маги, цементирования рыхлых пород во время бурения нефтяных скважин, защитной облицовки стен рентгеновских камер.

Витерит, ВаСОз, содержит 77,7% Ва0. Встречается в небольших количествах в России, Англии, Японии, США. Это белая масса с серо­ватым или желтым оттенком; твердость 3—3,5 по шкале Mooca, плотность 4,25—4,35 г/см". Некоторые разновидности витерита содер­жат карбонат кальция или карбонат стронция (ВаСО3*СаСО3, ВаСО3*SrСО3).

Гиалофан (бариевый полевой шпат) K2Ba[AI2Si4O12], встречается в виде прозрачных бесцвет­ных (или окрашенных примесями в желтый, голубой, красный цвета) моноклинных кристаллов с плотностью 2,6—2,82 г1смР.

Известны также другие минералы бария:

бариевый брюстериг SrBa[Al2Si6O16(OH)2]*3H20, бариевый апатит [Ba10(PO4)6]Cl2, бариевая селитра Ba(NO3)2

Соединения бария найдены во многих силикатных и известня­ковых породах, подземных и морских, водах, на солнце.

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО БАРИЯ

Металлический барий получают металлотермическим восстанов­лением окиси или хлорида бария, термическим разложением гидрида и нитрида бария или Ba(NH.3)e, электролизом расплавленного хло­рида бария (смесей BaCl2 и NaCI, BaCI2 и BaF2) или насыщенного раствора BaCI2*H2O на ртутном катоде. Во избежание контактов с воздухом все эти процессы ведут в вакууме или защитной атмосфере. В процессе промышленной переработки барита или витерита получают хлорид или окись бария, из которых металлотермическим восстановлением вырабатывают технический барий (см. схему).

БАРИЙ

восстановление окиси или хлорида бария

В промышленности металлический барий получают термическим восстановлением окиси бария порошком металлического алюминия (избыток) при температуре 1200—1250°. Процесс идет в вакууме (0,1 мм рт. ст.).

ЗВаО + 2А1 = ЗВа + Аl2О3 — 25 ккал

Восстановление проводится в кварцевых или герметичных фарфоровых капсулах. После удаления воздуха током водорода в них создается вакуум, затем окись бария и порошок алюминия в тече­ние 2—3 час нагревают при температуре 1250°. По окончании восста­новления нагревание прекращают. После охлаждения перед разбор­кой установки в нее подают сухой воздух.

Силикотермическое восстановление окиси бария проводится в вакууме в стальной трубке (температура 1200°):

ЗВаО + Si = 2Ва + ВаSiO3 — 37 ккал

В процессе магнийтермического восстановления окиси бария в вакууме получается металлический барий. В этом случае обра­зуется промежуточный окисел Ba2O:

2ВаО + Mg = Ba2O + Mg0 Вa2О = Ва0 + Ва

При цинкотермическом восстановлении окиси бария в вакууме образуется сплав цинка и бария.

Металлотермическое восстановление хлорида бария натрием, калием или металлическим цинком в вакууме приводит к образова­нию сплавов бария с натрием, бария с калием и бария с цинком. Если восстановление хлорида бария идет при нагревании с карби­дом кальция CaC2, образуется сплав бария и кальция.

Термическое разложение гидрида и Ва(NH3)6

Термическая вакуумная диссоциация гидрида бария (900—1000°), нитрида Ва3N2 (160—180°) и Ва(NH3)6 (комнатная температура) сопровождается образованием металлического бария.

Электролиз хлорида бария

При электролизе расплавленного хлорида бария (или расплавлен­ной смеси BaCl2— NaCI, BaCl2 — BaF2) с расплавленным свинцо­вым или оловянным катодом образуются сплавы бария со свинцом или оловом. Во время электролиза насыщенного раствора хлорида бария на ртутном катоде образуется амальгама бария.

Электролитический метод вследствие трудоемкости практически не используется в промышленности.

ОЧИСТКА

Сырой металлический барий очищают перегонкой в вакууме (1—1,5 мм рт. ст., температура 800°) в аппаратуре, подобной при­меняемой для очистки магния.

ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Барий — белый серебристый металл с объемно-центрированной кубической решеткой (модификация α-Ва устойчива ниже 375°, модификация β-Ва — от 375 до 710°). Плотность бария 3,74 г1см3, твердость 3 по шкале Мооса (тверже свинца). Ковкий металл. При загрязнении ртутью становится хрупким. Т. пл. 710°, т. кип. 1696°. Соли бария окрашивают пламя газовой горелки в желто-зеленый цвет.

Самый важный радиоактивный изотоп бария — (β- и γ-активный 140Ва — образуется при распаде урана, тория и плутония; период полураспада 13,4 дня. 140Ва извлекают хроматографически из смеси продуктов распада. Распад изотопа 140Ва сопровождается выделе­нием радиоактивного 140La.

При облучении цезия дейтронами образуется ядерный изотоп 133Ва с периодом полураспада 1,77 дней. Со свинцом, никелем, сурь­мой, оловом и железом барий образует сплавы.

Барий химически активнее кальция и стронция. Металлический барий хранят в герметичных сосудах под петролейным эфиром или парафиновым маслом. На воздухе металлический барий теряет блеск, покрывается коричневато-желтой, а затем серой пленкой окиси и нит­рида:

Ва + 1/202 = Ва0 + 133,1 ккал.

ЗВа +N2 = Ba3N2 + 89,9 ккал

Под действием галогенов металлический барий образует безвод­ные галогениды ВаХ2 (X == F ˉ, С1ˉ , Вг ˉ, I ˉ ). Металлический барий разлагает воду:

Ва + 2Н2О = Ва(ОН)2 + 112 + 92,5 ккал

Растворение металлического бария в жидком аммиаке (—40") сопровождается образованием аммиаката Ba(NH3)6-При обычной температуре барий реагирует с двуокисью углерода: