Bari

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Xem các nghĩa khác tại Bari (định hướng)
Bari
XêziBariLantan
Sr
  Lattice body centered cubic.svg
 
56
Ba
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Ba
Ra
Bảng tiêu chuẩn
Hình dạng
Bạc xám
Tính chất chung
Tên, Ký hiệu, Số Bari, Ba, 56
Phiên âm /ˈbɛəriəm/ BAIR-ee-əm
Phân loại Kim loại kiềm thổ
Nhóm, Chu kỳ, Phân lớp 26, s
Khối lượng nguyên tử 137.33
Cấu hình electron [Xe] 6s2
Số electron trên vỏ điện tử 2, 8, 18, 18, 8, 2
Electron shell 056 Barium.svg
Tính chất vật lý
Màu Bạc xám
Trạng thái vật chất Chất rắn
Mật độ gần nhiệt độ phòng 3,51 g·cm−3
Mật độ ở thể lỏng khi đạt nhiệt độ nóng chảy 3,338 g·cm−3
Nhiệt độ nóng chảy 1000 K, 727 °C, 1341 °F
Nhiệt độ sôi 2170 K, 1897 °C, 3447 °F
Nhiệt lượng nóng chảy 7,12 kJ·mol−1
Nhiệt lượng bay hơi 140,3 kJ·mol−1
Nhiệt dung 28,07 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ở T (K) 911 1038 1185 1388 1686 2170
Tính chất nguyên tử
Trạng thái ôxi hóa 2
(Bazơ mạnh)
Độ âm điện 0,89 (thang Pauling)
Năng lượng ion hóa Thứ nhất: 502,9 kJ·mol−1
Thứ hai: 965,2 kJ·mol−1
Thứ ba: 3600 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị 222 pm
Độ dài liên kết cộng hóa trị 215±11 pm
Bán kính van der Waals 268 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm khối
Trạng thái trật tự từ Thuận từ
Điện trở suất (20 °C) 332 n Ω·m
Độ dẫn nhiệt 18,4 W·m−1·K−1
Độ giãn nở nhiệt (25 °C) 20,6 µm·m−1·K−1
Tốc độ truyền âm thanh (thanh mỏng; 20 °C) 1620 m·s−1
Mô đun Young 13 GPa
Mô đun cắt 4,9 GPa
Mô đun nén 9,6 GPa
Độ cứng theo thang Mohs 1,25
Số đăng ký CAS 7440-39-3
Đồng vị ổn định nhất
iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP
130Ba 0.106% 130Ba ổn định với 74 nơtron
132Ba 0.101% 132Ba ổn định với 76 nơtron
133Ba Tổng hợp 10,51 năm ε 0.517 133Cs
134Ba 2.417% 134Ba ổn định với 78 nơtron
135Ba 6.592% 135Ba ổn định với 79 nơtron
136Ba 7.854% 136Ba ổn định với 80 nơtron
137Ba 11.23% 137Ba ổn định với 81 nơtron
138Ba 71.7% 138Ba ổn định với 82 nơtron

Bari (tên Latinh: Barium) là nguyên tố hoá học ký hiệu Ba, số thứ tự 56 trong bảng tuần hoàn. Nó là một kim loại kiềm thổ có tính độc. Bari là một chất rắn, màu trắng bạc, và nóng chảy ở nhiệt độ rất cao. Ôxít của nó được gọi là baryta và được tìm thấy chủ yếu trong quặng barít, nhưng bari chưa bao giờ được tìm thấy ở dạng tinh khiết do bị ôxi hóa trong không khí. Các hợp chất của kim loại này được sử dụng với số lượng nhỏ trong sơn và trong sản xuất thủy tinh.

Tính chất[sửa | sửa mã nguồn]

Tính chất vật lý[sửa | sửa mã nguồn]

Bari là kim loại kiềm thổ có tính chất hóa học tương tự canxi. Ở dạng tinh khiết, nó có màu trắng bạc như chì. Nó kết tinh theo kiểu ô mạng lập phương tâm khối. Kim loại này bị ôxi hóa rất dễ dàng trong không khí[1] và phản ứng mãnh liệt với nước hoặc cồn. Một số hợp chất của nguyên tố này có trọng lượng riêng lớn, chẳng hạn như BaSO4 (bari sulfat), hay còn gọi là khoáng spat. Khi cháy nó cho ra ngọn lửa màu lục hoặc lục nhạt và phát ra bước sóng 524.2 và 513.7 nm.

Tính chất hóa học[sửa | sửa mã nguồn]

Bari phản ứng mạnh với ôxy ở nhiệt độ phòng tạo ra bari ôxítperoxide. Do nó nhạy cảm với không khí, các mẫu bari thường được cất giữ trong dầu. Phản ứng diễn ra rất mảnh liệt khi bari ở dạng bột. Kim loại dễ dàng phản ứng với hầu hết axit, với ngoại lệ là axít sulfuric, phản ứng dừng lại khi tạo thành lớp muối không tan trên bề mặt là bari sulfat. Nó cũng phản ứng mạnh với nước theo phản ứng:

Ba + 2 H2O → Ba(OH)2 + H2

Bari kết hợp với một số kim loại khác như nhôm, kẽm. chì và thiếc tạo thành các pha kim loại trung gian và hợp kim.[2]

Các đồng vị[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Đồng vị của bari

Bari trong tự nhiên là hỗn hợp của 7 đồng vị bền, đồng vị phổ biến nhất là 138Ba (71,7 %). Có 22 đồng vị của bari đã được biết đến, nhưng hầu hết trong chúng là các chất phóng xạ cao và có chu kỳ bán rã chỉ vài mili giây đến vài ngày. Chỉ trừ các đồng vị nổi tiếng là 133Ba, có chu kỳ bán rã 10,51 năm, và 137mBa (2,55 phút).[3] 133Ba là một chất hiệu chỉnh tiêu chuẩn cho các máy dò tia gamma trong các nghiên cứu vật lý hạt nhân.

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

Bari được sử dụng chủ yếu trong sản xuất buji, ống chân không, pháo hoa và bóng đèn huỳnh quang.

  • Được sử dụng để làm chất thu khí trong các ống chân không.
  • Hợp chất bari sulfat có màu trắng và được sử dụng trong sản xuất sơn, trong chẩn đoán bằng tia X, và trong sản xuất thủy tinh.
  • Barít được sử dụng rộng rãi để làm chất độn trong hoạt động khoan tìm giếng dầu và trong sản xuất cao su.
  • Bari cacbonat được dùng làm bả chuột và có thể được sử dụng trong sản xuất thủy tinh và gạch.
  • Bari nitrat và bari clorua được sử dụng để tạo màu xanh lá cây trong sản xuất pháo hoa.
  • Bari sulfua không tinh khiết phát lân quang sau khi đặt dưới ánh sáng.
  • Các muối của bari, đặc biệt là bari sulfat, có khi cũng được sử dụng để uống hoặc bơm vào ruột bệnh nhân, để làm tăng độ tương phản của những tấm phim X quang trong việc chẩn đoán hệ tiêu hóa.
  • Lithopone (một chất nhuộm chứa bari sulfat và kẽm sulfua) có khả năng bao phủ tốt và không bị thẫm màu khi tiếp xúc với những muối sunfua.
  • Bari perôxít được sử dùng làm chất xúc tác để bắt đầu một phản ứng tỏa nhiệt nhôm khi hàn các thanh ray lại với nhau.
  • Bari clorua còn được sử dụng để trừ sâu bệnh trong nông nghiệp vì độc tính cao của nó.

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Bari (Barium) theo tiếng Hy-Lạp nghĩa là "nặng", được Carl Scheele nhận biết lần đầu tiên vào năm 1774, và được Humphry Davy cô lập vào năm 1808 tại Anh[4]. Bari ôxít ban đầu được Guyton de Morveau gọi là barote. Sau này, nó được Antoine Lavoisier đổi tên thành baryta, và không lâu sau đó được gọi là "barium" để thể hiện tính kim loại của nó.

Robert BunsenAugustus Matthiessen tạo ra bari tinh khiết bằng phương pháp điện phân nó chảy hỗn hợp bari clorua và ammoni clorua.[5][6] Việc sản xuất ôxy tinh khiết bằng phương pháp Brin đã sử dụng một lượng lớn bari peroxide trước khi điện phân và chưng cất phân đoạn không khí lỏng trở thành cách phổ biến để tạo ra ôxy. Trong quá trình này bari ôxít phản ứng với không khí ở 500–600 °C tạo ra bari peroxide, hợp chất này đến lượt nó sẽ phân hủy ở nhiệt độ trên 700 °C giải phóng ra ôxy.[7][8]

2 BaO + O2 ⇌ 2 BaO2

Phân bố[sửa | sửa mã nguồn]

Bari chiếm 0,0425% trong vỏ Trái Đất và 13 µg/L trong nước biển. Nó có mặt trong các khoáng barit (ở dạng sulphat) và witherit (ở dạng cacbonat).[2] Các mỏ witherit đã được khai thác từ thế kỷ 17 cho đến năm 1969[9] ở miền bắc Anh, như mỏ Settlingstones gần Newbrough,[10] ngày nay tất cả bari được khai thác ở dạng barite.

Sản xuất[sửa | sửa mã nguồn]

Dạng đá quý hiếm gặp chứa bari là benitoit. Các mỏ barit lớn được phát hiện ở Trung Quốc, Đức, Ấn Độ, Ma Rốc, và Hoa Kỳ.[11]

Xu hướng sản lượng barit trên thế giới

Bởi vì bari bị ôxi hóa nhanh chóng trong không khí nên khó thu được kim loại này ở dạng tinh khiết.Do barit không tan, nên khô thể dùng để tạo ra các hợp chất bari khác một cách trực tiếp. Do đó, quặng được nung với cacbon để khử thành bari sulfua:[12]

BaSO4 + 2 C → BaS + 2 CO2

Bari sunfua sau đó bị thủy phân hoặc xử lý với axit để tạo thành các hợp chất bari khác như Bari clorua, Bari nitrat, và cacbonat.

Bari được sản xuất thương mại bằng phương pháp điện phân nóng chảy bari clorua (BaCl2). Phương trình điện phân như sau:

(ở catốt) Ba2+* + 2e- → Ba
(ở anốt) Cl-* → ½Cl2 (khí) + e-

Kim loại bari cũng được tạo ra khi khử bari oxit với nhôm nghiền mịn ở nhiệt độ giữa 1100 và 1200 °C:

4 BaO + 2 Al → BaO·Al2O3 + 3 Ba

Hơi bari được làm lạnh để cho ra kim loại rắn, có thể tạo thành các dạng que hoặc sợi. Là chất rắn cháy được, nó được bảo quản trong các hộp théo hoặc các túi nhựa chứa argon.[2]

Hợp chất[sửa | sửa mã nguồn]

Những hợp chất quan trọng nhất là bari perôxít, bari clorua, bari sulfat, bari cacbonat, bari nitrat, và bari clorat.

Cảnh báo[sửa | sửa mã nguồn]

Tất cả hợp chất có thể hòa tan của bari với nước hoặc axít đều vô cùng độc hại. Bari sulfat có thể dùng trong y khoa chỉ bởi vì nó không tan và được bộ máy tiêu hóa thải ra hoàn toàn. Không như những kim loại nặng khác, bari không gây ra hiện tượng tích tụ sinh học.[13][14][15] Tuy nhiên, khi hít bụi có chứa các hợp chất bari có thể tích tụ trong phổi gây ra các chứng bệnh về đường hô hấp.[16]

Vì sự ôxi hóa bari diễn ra rất dễ dàng nên nó phải được bảo quản trong dầu mỏ hay dầu lửa hoặc bất kì chất lỏng không có ôxy nào, để có thể ngăn cách sự tiếp xúc với không khí.

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Stwertka, Albert (2002). A guide to the elements. Oxford University Press US. tr. 144. ISBN 0195150279. 
  2. ^ a ă â Robert Kresse, Ulrich Baudis, Paul Jäger, H. Hermann Riechers, Heinz Wagner, Jochen Winkler, Hans Uwe Wolf, "Barium and Barium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007 Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a03_325.pub2
  3. ^ David R. Lide, Norman E. Holden (2005). “Section 11, Table of the Isotopes”. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition. Boca Raton, Florida: CRC Press. 
  4. ^ Davy, H. (1808) "Electro-chemical researches on the decomposition of the earths; with observations on the metals obtained from the alkaline earths, and on the amalgam procured from ammonia," Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 98, pages 333-370.
  5. ^ “Masthead”. Annalen der Chemie und Pharmacie 93 (3): fmi–fmi. 1855. doi:10.1002/jlac.18550930301. 
  6. ^ Wagner, Rud.; Neubauer, C.; Deville, H. Sainte-Claire; Sorel; Wagenmann, L.; Techniker; Girard, Aimé (1856). “Notizen”. Journal für Praktische Chemie 67: 490–508. doi:10.1002/prac.18560670194. 
  7. ^ Jensen, William B. (2009). “The Origin of the Brin Process for the Manufacture of Oxygen”. Journal of Chemical Education 86 (11): 1266. Bibcode:2009JChEd..86.1266J. doi:10.1021/ed086p1266. 
  8. ^ Ihde, Aaron John (1 tháng 4 năm 1984). The development of modern chemistry. tr. 681. ISBN 9780486642352. 
  9. ^ Industrial minerals. 1969. tr. 28. 
  10. ^ “Alston Moor Cumbria, UK”. Steetley Minerals. 
  11. ^ C. R. Hammond (2000). The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition. CRC press. ISBN 0849304814. 
  12. ^ “Toxicological Profile for Barium and Barium Compounds. Agency for Toxic Substances and Disease Registry”. CDC. 2014. 
  13. ^ [1]
  14. ^ “Toxicity Profiles, Ecological Risk Assessment”. US EPA. Truy cập ngày 6 tháng 6 năm 2009. 
  15. ^ Moore, J. W. (1991). Inorganic Contaminants of Surface Waters, Research and Monitoring Priorities. New York: Springer-Verlag. 
  16. ^ Doig AT (February năm 1976). “Baritosis: a benign pneumoconiosis”. Thorax 31 (1): 30–9. doi:10.1136/thx.31.1.30. PMC 470358. PMID 1257935. 

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]