Барий

БАРИЙ (латинский Barium), Ва, химический элемент II группы короткой формы (2-й группы длинной формы) периодической системы; относится к щелочноземельным металлам; атомный номер 56, атомная масса 137,327. В природе 7 стабильных нуклидов, среди которых преобладает ¹³⁸Ва (71,7%); около 30 нуклидов получены искусственно.

Историческая справка. Барий в виде оксида открыл в 1774 К. Шееле, который обнаружил неизвестную ранее «землю», позже названную «тяжёлой землёй» - баритом (от греческого βαρ?ς - тяжёлый). В 1808 году Г. Дэви получил металлический барий в виде амальгамы электролизом расплавленных солей.

Распространённость в природе. Содержание бария в земной коре составляет 5·10^-2% по массе. Вследствие высокой химической активности в свободном виде не встречается. Основные минералы: барит BaSO₄ и витерит ВаСО₃. Мировое производство BaSO₄ около 6 миллион т/год.

Свойства. Конфигурация внешней электронной оболочки атома бария 6s²; в соединениях проявляет степень окисления +2, редко +1; электроотрицательность по Полингу 0,89; атомный радиус 217,3 им, радиус иона Ва²⁺ 149 пм (координационное число 6). Энергия ионизации Ва⁰ → Ва⁺ → Ва²⁺ 502,8 и 965,1 кДж/моль. Стандартный электродный потенциал пары Ва²⁺/Ва в водном растворе -2,906 В.

Барий - серебристо-белый ковкий металл; t_пл 729 °С, t_ΚИΠ 1637 °С. При нормальном давлении кристаллическая решётка бария кубическая объёмноцентрированная; при 19 °С и 5530 МПа образуется гексагональная модификация. При 293 К плотность бария 3594 кг/м³, теплопроводность 18,4 Вт/(м·К), электрическое сопротивление 5·10^-7 Ом·м. Барий парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость 1,9·10^-9 м³/кг.

Металлический барий быстро окисляется на воздухе; его хранят в керосине или под слоем парафина. Барий взаимодействует при обычной температуре с кислородом, образуя оксид бария ВаО, и с галогенами, образуя галогениды. Прокаливанием ВаО в токе кислорода или воздуха при 500 °С получают пероксид ВаО₂ (разлагается до ВаО при 800 °С). Для реакций с азотом и водородом необходимо нагревание, продуктами реакций являются нитрид Ba₃N₂ и гидрид ВаН₂. Барий реагирует с парами воды даже на холоду; в воде энергично растворяется, давая гидроксид Ва(ОН)₂, обладающий свойствами щелочей. С разбавленными кислотами барий образует соли. Из наиболее широко используемых солей бария растворимы в воде: хлорид ВаСl₂ и другие галогениды, нитрат Ba(NO₃)₂, хлорат Ва(ClO₃)₂, ацетат Ва(ООССН₃)₂, сульфид BaS; плохо растворимы - сульфат BaS0₄, карбонат ВаСО₃, хромат BaCrO₄. Барий восстанавливает оксиды, галогениды и сульфиды многих металлов до соответствующего металла. С большинством металлов барий образует сплавы, иногда сплавы содержат интерметаллиды. Так, в системе Ва - Al обнаружены ВаAl, ВаAl₂, ВаAl₄.

Растворимые соли бария токсичны; практически нетоксичен BaSО₄.

Получение. Основное сырьё для производства бария - баритовый концентрат (80-95%) BaSO₄, который восстанавливают каменным углем, коксом или природным горючим газом; образующийся сульфид бария перерабатывают в другие соли этого элемента. Прокаливанием соединений бария получают ВаО. Технически чистый металлический барий (96-98% по массе) получают термическим восстановлением оксида ВаО порошком Al. Перегонкой в вакууме барий очищают до содержания примесей менее 10-4%, зонной плавкой - до 10-6%. Другой способ получения бария из ВаО - электролиз расплава оксида. Небольшие количества бария получают восстановлением бериллата ВаВеО₂ при 1300 °С титаном.

Применение. Барий используют как раскислитель меди и свинца, в качестве присадки к антифрикционным сплавам, чёрным и цветным металлам, а также к сплавам, применяемым для изготовления типографских шрифтов с целью увеличения их твёрдости. Из сплавов бария с никелем изготовляют электроды запальных свечей в двигателях внутреннего сгорания и в радиолампах. Сплав бария с алюминием - альба, содержащий 56% Ва, основа геттеров. Металлический барий - материал для анодов в химических источников тока. Активной частью большинства термоэмиссионных катодов является оксид бария. Пероксид бария используют в качестве окислителя, отбеливателя, в пиротехнике; ранее его применяли для регенерации кислорода из СО₂. Гексаферрит барий ВаFе₁₂О₁₉ - перспективный материал для использования в устройствах хранения информации; BaFe₁₂О₁₉ применяют для изготовления постоянных магнитов. BaSO₄ вводят в буровые растворы при добыче нефти и газа. Титанат бария BaTiO₃ - один из важнейших сегнетоэлектриков. Нуклид ¹⁴⁰Ва (β-излучатель, Т_1/2 12,8 суток) - изотопный индикатор, используемый для исследования соединений бария. Поскольку соединения бария хорошо поглощают рентгеновское и γ-излучение, их вводят в состав защитных материалов рентгеновских установок и ядерных реакторов. BaSO₄ применяют как контрастное вещество для рентгенологических исследований желудочно-кишечного тракта.

Лит. : Ахметов Т. Г. Химия и технология соединений бария. М., 1974; Третьяков Ю.Д. и др. Неорганическая химия. М., 2001.

Д. Д. Зайцев, Ю. Д. Третьяков.