發布時間:2016-11-30 來源:未知     分享到:
  鋇是堿土金屬元素,是周期表中ⅡA族的第六周期的元素,是堿土金屬中活潑的元素,元素名來源于希臘文βαρ?? (barys),原意是“重的”。化學元素符號是Ba。是一種柔軟的有銀白色光澤的堿土金屬。由于它的化學性質十分活潑,從來沒有在自然界中發現鋇單質。鋇在自然界中最常見的礦物是重晶石(硫酸鋇)和毒重石(碳酸鋇),二者皆不溶于水。鋇在1774年被確認為一個新元素,但直到1808年電解法發明不久后才被歸納為金屬元素。鋇的化合物用于制造煙火中的綠色(以焰色反應為原理)。電解熔融的氯化鋇或用鋁還原氯化鋇,可制得金屬鋇。

  研究歷史

  堿土金屬的硫化物具有磷光現象,即它們受到光的照射后在黑暗中會繼續發光一段時間。鋇的化合物正是因這一特性而開始被人們注意。

  1602年意大利波羅拉(Bologna,現稱博洛尼亞)城一位制鞋工人卡西奧勞羅將一種含硫酸鋇的重晶石與可燃物質一起焙燒后,發現它在黑暗中可以發光,這引起了當時學者們的興趣。后來這種石頭被稱為波羅拉石,并引起了歐洲化學家分析研究的興趣。

  1774年瑞典化學家舍勒(C.W.Scheele)發現氧化鋇是一種比重大的新土,稱之為“Baryta”(重土)。

  1774年,舍勒認為這種石頭是一種新土(氧化物)和硫酸結合成的,1776年他加熱這一新土的硝酸鹽,獲得純凈的土(氧化物)。

  1808年英國化學家戴維(H.Davy)用汞作陰極,鉑作陽極,電解重晶石(BaSO4)制得鋇汞齊,經蒸餾去汞后,得到一種純度不高的金屬,并以希臘文barys(重)命名。元素符號定為Ba,稱為鋇。

  含量分布

  鋇,和其它堿土金屬一樣,在地球上到處都有分布:在地殼上部的含量是0.

  026%,而在地殼中的平均值是0.022%。鋇主要以重晶石形式存在,以硫酸鹽或碳酸鹽形式存在。

  自然界鋇的主要礦物為重晶石(BaSO4)和毒重石(BaCO3)。重晶石礦床分布很廣,中國的湖南、廣西、山東等地都有較大的礦床。

  物理性質

  鋇是銀白色金屬,熔點725°C,沸點1600°C,密度3.51克/立方厘米,有延展性。鋇的主要礦石是重晶石和毒重石。

  化學性質

  基本性質

  鋇是一種化學元素。化學符號 Ba, 原子序數 56,屬周期系ⅡA族,為堿土金屬的成員。鋇的化學活性很大,在堿土金屬中是最為活潑的。從電勢以及電離能可以看出,鋇單質具有很強的還原性,事實上若只考慮失去第一個電子的情況,鋇在水中的還原性是最強的,但鋇失去第二個電子相對困難, 所以綜合考慮,鋇的還原性會下降不少。即使如此,它也是酸性溶液中最活潑的金屬之一,僅次于鋰,銫,銣與鉀  。

  氧化鋇

  鋇在空氣中緩慢氧化,生成氧化鋇,氧化鋇為無色立方晶體。溶于酸,不溶于丙酮和氨水。與水作用成氫氧化鋇,有毒。燃燒時則發出綠色火焰,生成過氧化鋇。

  2Ba+O2=2BaO

  2BaO+O2=2BaO2

  氫氧化鋇

  無色透明結晶或白色粉末。在硫酸干燥器中能失去7分子結晶水,約在78℃失去全部結晶水,可溶于水、甲醇,微溶于乙醇,幾乎不(難)溶于丙酮。若從空氣中迅速吸收二氧化碳變成碳酸鹽后,則不能完全溶于水,相對密度2.188,熔點78℃(八水化合物,在純氫氧化鋇的情況下是>408℃的),折光率1.471,有毒,有腐蝕性。鋇與水反應,生成氫氧化鋇與氫氣,由于氫氧化鋇的溶解度不大,且鋇的升華能較高,所以反應不如堿金屬那樣劇烈,生成的氫氧化鋇會遮蓋住視線。

  Ba + 2H2O = Ba(OH)2 + H2↑

  氨基鋇

  鋇能溶于液氨,生成具有順磁性的、導電的藍色溶液,其本質是形成了氨合電子。在長時間放置后,氨中的氫會被氨合電子還原成氫氣,總反應為鋇與液氨反應生成氨基鋇與氫氣。  [5]

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

  [Ba(NH3)2]2+.2e-=Ba(NH2)2+H2↑

  硫酸鋇

  無色斜方晶系晶體或白色無定型粉末。干燥時易結塊。相對密度4.50(15℃),熔點1580℃。幾乎不溶于水、乙醇和酸。溶于熱濃硫酸中。在1150℃左右發生多晶轉變。在約1400℃開始顯著分解。化學性質穩定,硫酸鋇溶于水的部分全部電離,為強電解質。硫酸鋇不溶于稀硝酸。主要用作胃腸道造影劑。[6]

  同位素

  天然鋇混合了鋇-138(71.66%)、鋇-137(11.32%)、鋇-136(7.81%)、鋇-135(6.59%)、鋇-134(2.42%)、鋇-130(0.101%)、鋇-132(0.097%)7種穩定的同位素。[7]

  應用領域

  工業用途

  用于制鋇鹽、合金、焰火、核反應堆等,也是精煉銅時的優良除氧劑。廣泛用于合金,有鉛、鈣、鎂、鈉、鋰、鋁及鎳等合金。金屬鋇可用作除去真空管和顯像管痕量氣體的消氣劑、精煉金屬的脫氣劑。

  硝酸鋇與氯酸鉀、鎂粉、松香混合,可以用來制造信號彈與煙火。

  可溶性的鋇化合物常用作殺蟲劑,比如氯化鋇,以防治多種植物害蟲。也可用于精制電解法制燒堿的鹽水和鍋爐用水。也用于制備顏料。紡織工業和皮革工業用作媒染劑和人造絲消光劑。

  醫療用途

  硫酸鋇是X線檢查輔助用藥。無嗅無味的白色粉末,X線檢查中在體內可提供陽性對比的物質。醫用硫酸鋇在胃腸道內不吸收,也沒有過敏反應,其中不含有氯化鋇、硫化鋇和碳酸鋇等可溶性鋇化合物。主要用于胃腸道造影,偶用于其他目的檢查。[8]

  制備方法

  工業上制取金屬鋇分為制取氧化鋇和金屬熱還原(鋁熱還原)兩個步驟。 在1000~1200℃,用金屬鋁還原氧化鋇,可制得金屬鋇,再用真空蒸餾法提純。

  單質鋇的制備:

  1)電解熔融的BaCl2

  2)在真空中用Al或Si在147K下還原BaO或BaCl2

  3)鋇的氮化物熱分解。

  鋁熱還原法生產金屬鋇:

  因配料比不同,鋁還原氧化鋇的反應可能有兩種,反應式為:

  6BaO+2Al→3BaO·Al2O3+3Ba↑

  或:4BaO+2Al→BaO·Al2O3+3Ba↑

  這兩種反應在1000~1200℃時,都只能生成少量的鋇,因此,必須用真空泵將鋇蒸氣不斷地從反應區轉移到冷凝區,反應才能不斷向右進行。反應后的殘渣有毒,需經處理才能棄去。

  安全措施

  健康危害

  鋇對人類來說不是必需元素是有毒元素,食入可溶性鋇化合物會引起鋇中毒。假定成年人的平均體重是70kg,他體內的鋇總量大約是16mg。誤服鋇鹽后,鋇鹽會被水和胃酸溶解,這導致了許多中毒事件和一些死亡事件的發生。中毒癥狀有嘔吐、絞痛、腹瀉、心跳變緩且不規律、短暫的血壓升高、痙攣性的震顫和肌肉麻痹。氯化鋇的LD50曾被假定為大約1g/kg。在攝入數小時后或數天后會死亡。鋇會在血漿中形成蛋白質加合物,在骨骼中沉積的鋇占鋇總量的65%。鋇在骨骼中的半衰期大約是50天。鋇的毒性和它抑制K+離子以及它與硫酸鹽反應有關。人注射的氯化鋇的吸收量高達60-80%,而對口服的氯化鋇的吸收量只有10-30%。

  急性鋇鹽中毒癥狀:急性鋇鹽中毒臨床比較少見,多為誤服。凡在水或稀鹽酸中可溶解的鋇化合物均具毒性,包括氯化鋇、碳酸鋇、氫氧化鋇、硝酸鋇、醋酸鋇、硫化鋇、氧化鋇等。鋇鹽中毒主要表現為胃腸道刺激癥狀和低鉀癥候群,如惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉、四肢軟癱、心肌受累、呼吸肌麻痹等。因該類患者多有嘔吐、腹痛、腹瀉等胃腸道癥狀而易誤診,集體發病時易誤診為食物中毒,單發時則易誤診為急性胃腸炎。

  即使發現了低鉀血癥,也常認為是嘔吐、腹瀉造成的體液鉀丟失所致,而未能引起足夠重視。但需注意的是此類患者的低鉀血癥比較嚴重,與其體液鉀丟失的量不相平行,所以臨床上遇到原因不明的迅速發展的低鉀血癥,同時有胃腸道癥狀而用胃腸炎不能解釋者,應想到有急性鋇鹽中毒的可能,可將嘔吐物或食物行毒物分析,如發現鋇鹽含量高可得到確診。口服氯化鋇的中毒量為0.2~0.5 g ,致死量為0.8~4.0 g。鋇中毒引起低鉀血癥的可能機制:鋇中毒時,細胞膜上的Na +2K+2ATP酶繼續活動,故細胞外液中的鉀不斷進入細胞,但鉀從細胞內流出的孔道被特異地阻斷,因而發生低鉀血癥。急性鋇鹽中毒的治療首要是洗胃,洗胃液可以選用2 %~5 % 硫酸鎂或硫酸鈉,解毒劑可選用硫酸鈉或硫代硫酸鈉,同時積極糾正低鉀血癥,有心律失常者應用抗心律失常藥物,呼吸困難時給予氧療,必要時人工呼吸。

  危害防治

  泄漏應急處理

  隔離泄漏污染區,限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自吸過濾式防塵口罩,穿消防防護服。不要直接接觸泄漏物。小量泄漏:避免揚塵,用潔凈的鏟子收集于干燥、潔凈、有蓋的容器中。轉移回收。大量泄漏:用塑料布、帆布覆蓋,減少飛散。使用無火花工具轉移回收。

  防護措施

  呼吸系統防護:一般不需要特殊防護,但建議特殊情況下,佩戴自吸過濾式防塵口罩。

  眼睛防護:戴化學安全防護眼鏡。

  身體防護:穿化學防護服。

  手防護:戴橡膠手套。

  其它:工作現場嚴禁吸煙。注意個人清潔衛生。

  儲存運輸

  儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。相對濕度保持在75%以下。包裝要求密封,不可與空氣接觸。應與氧化劑、酸類、堿類等分開存放,切忌混儲。采用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。

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