鋇(Barium),堿(jian)土金(jin)(jin)屬(shu)元(yuan)素(su),化學元(yuan)素(su)符號Ba,在周期表中位于第六周期ⅡA族(zu),是一種(zhong)柔軟的有銀白色光(guang)澤的堿(jian)土金(jin)(jin)屬(shu),是堿(jian)土金(jin)(jin)屬(shu)中最活潑的元(yuan)素(su)。元(yuan)素(su)名來源于希(xi)臘文βαρ??(barys),原意(yi)是“重的”。
由(you)于鋇(bei)(bei)的(de)化(hua)學性質十分活潑,從來沒有在自然界中(zhong)發(fa)現鋇(bei)(bei)單質。鋇(bei)(bei)在自然界中(zhong)最常見的(de)礦物是(shi)重(zhong)晶石(硫酸(suan)鋇(bei)(bei))和毒重(zhong)石(碳酸(suan)鋇(bei)(bei)),二者皆不溶于水。鋇(bei)(bei)在1774年(nian)被(bei)(bei)確認為(wei)一(yi)個新(xin)元(yuan)素,但直到1808年(nian)電解法發(fa)明(ming)不久(jiu)后(hou)才(cai)被(bei)(bei)歸納(na)為(wei)金屬元(yuan)素。鋇(bei)(bei)的(de)化(hua)合物用于制造(zao)煙火中(zhong)的(de)綠色(以焰色反(fan)應(ying)為(wei)原理)。
電(dian)解(jie)熔融的氯化(hua)鋇或用鋁還(huan)原(yuan)氯化(hua)鋇,可制(zhi)得金屬鋇。
堿土金(jin)屬的硫化物具有磷光(guang)(guang)現象(xiang),即它們受到(dao)光(guang)(guang)的照射后在黑暗中會繼(ji)續發光(guang)(guang)一段時間。鋇的化合(he)物正(zheng)是因(yin)這一特性而(er)開始(shi)被人們注意。
1602年(nian)意大利波羅拉(la)(Bologna,現(xian)稱(cheng)(cheng)博洛尼亞)城(cheng)一(yi)位制鞋(xie)工人卡西奧(ao)勞(lao)羅將一(yi)種含硫(liu)酸鋇(bei)的(de)重晶(jing)石(shi)與可(ke)燃物質一(yi)起焙燒后,發現(xian)它在黑暗中可(ke)以發光,這引(yin)起了(le)當時(shi)學(xue)者(zhe)們的(de)興趣。后來(lai)這種石(shi)頭被稱(cheng)(cheng)為波羅拉(la)石(shi),并引(yin)起了(le)歐(ou)洲化學(xue)家分析(xi)研究的(de)興趣。
1774年瑞典化學(xue)家舍(she)勒(C.W.Scheele)發(fa)現氧化鋇是一種(zhong)比重(zhong)大的新土,稱之為“Baryta”(重(zhong)土)。
1774年(nian),舍勒認為(wei)這種(zhong)石(shi)頭是一種(zhong)新土(氧(yang)化(hua)物)和硫酸結合成的(de),1776年(nian)他加熱這一新土的(de)硝(xiao)酸鹽,獲得純凈的(de)土(氧(yang)化(hua)物)。
1808年(nian)英國化學家(jia)戴維(H.Davy)用汞作陰極,鉑作陽極,電解重晶(jing)石(BaSO4)制(zhi)得鋇汞齊,經(jing)蒸餾去汞后,得到(dao)一種純(chun)度不高的金屬,并以希臘文barys(重)命名。元素符號定為(wei)Ba,稱為(wei)鋇。
鋇(bei),和其(qi)它堿(jian)土金屬一樣,在(zai)地(di)球上到處都有分布:在(zai)地(di)殼上部的(de)含量是0.026%,而在(zai)地(di)殼中的(de)平均(jun)值是0.022%。鋇(bei)主(zhu)要(yao)以(yi)重晶石形(xing)式存在(zai),以(yi)硫酸鹽(yan)或碳酸鹽(yan)形(xing)式存在(zai)。
自然界(jie)鋇的(de)主要礦(kuang)物(wu)為(wei)重(zhong)晶(jing)石(shi)(BaSO4)和毒重(zhong)石(shi)(BaCO3)。重(zhong)晶(jing)石(shi)礦(kuang)床(chuang)分布很廣(guang),中國的(de)湖南、廣(guang)西、山東等地都有較大的(de)礦(kuang)床(chuang)。
元(yuan)素在太(tai)陽中(zhong)的(de)含(han)量 0.01(ppm)
元素在海(hai)水中的含量 0.0047(ppm)
地殼(ke)中含(han)量(liang) 500(ppm)
鋇是(shi)銀白色金屬(shu),熔點725°C,沸點1846°C,密度3.51g/cm3,有延展(zhan)性。鋇的主要(yao)礦石是(shi)重晶石和毒重石。
原子序數 56
質子數 56
原子(zi)體積 39.24cm3/mol
沸(fei)點 1846℃
熔點 725℃
密度 3.51g/cm3
原子量 137.327
電離(li)能(kJ/mol)
M - M+ 502.8
M+ - M2+ 965.1
M2+ - M3+ 3600
M3+ - M4+ 4700
M4+ - M5+ 6000
M5+ - M6+ 7700
M6+ - M7+ 9000
M7+ - M8+ 10200
M8+ - M9+ 13500
M9+ - M10+ 15100
晶(jing)(jing)體結(jie)構(gou):晶(jing)(jing)胞(bao)為(wei)體心立方晶(jing)(jing)胞(bao),每(mei)個晶(jing)(jing)胞(bao)含有2個金屬原子。
a =502.8 pm α = 90°
b =502.8 pm β = 90°
c = 502.8 pm γ = 90°
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。
鋇(bei)是一種化學元素。化學符號Ba,原(yuan)子(zi)序數56,屬(shu)周期(qi)系(xi)ⅡA族,為堿土金屬(shu)的成員(yuan)。鋇(bei)的化學活(huo)(huo)性(xing)很大,在堿土金屬(shu)中(zhong)是最為活(huo)(huo)潑的。從(cong)電勢以及(ji)電離(li)能可以看(kan)出,鋇(bei)單質具有(you)很強的還(huan)原(yuan)性(xing),事(shi)實(shi)上若只考慮失(shi)去(qu)第(di)一個電子(zi)的情況,鋇(bei)在水中(zhong)的還(huan)原(yuan)性(xing)是最強的,但鋇(bei)失(shi)去(qu)第(di)二個電子(zi)相對困(kun)難,所以綜合考慮,鋇(bei)的還(huan)原(yuan)性(xing)會下降不少。即(ji)使如此(ci),它也是酸性(xing)溶液中(zhong)最活(huo)(huo)潑的金屬(shu)之一,僅次于鋰,銫(se),銣與鉀。
所屬周期 6
所屬族(zu)數 IIA
電子層分布 2-8-18-18-8-2
氧化態 0+2
外圍電子排布 6s2
鋇在空(kong)氣中(zhong)緩慢(man)氧化,生成(cheng)氧化鋇,氧化鋇為無色(se)立方晶(jing)體。溶于酸(suan),不溶于丙(bing)酮和氨水(shui)。與水(shui)作用成(cheng)氫氧化鋇,有毒。燃(ran)燒(shao)時則發(fa)出綠色(se)火焰,生成(cheng)過氧化鋇。
鋇(bei)(bei)(bei)與(yu)水反應,生(sheng)成氫氧(yang)化(hua)鋇(bei)(bei)(bei)與(yu)氫氣,由(you)于氫氧(yang)化(hua)鋇(bei)(bei)(bei)的(de)溶解度不大,且鋇(bei)(bei)(bei)的(de)升華能較高,所以反應不如堿(jian)金屬那樣劇烈(lie),生(sheng)成的(de)氫氧(yang)化(hua)鋇(bei)(bei)(bei)會遮蓋(gai)住視線。
鋇能溶于液氨,生(sheng)成(cheng)(cheng)具有順(shun)磁性的、導電的藍色(se)溶液,其本質是形成(cheng)(cheng)了氨合(he)(he)電子。在長(chang)時(shi)間放置后,氨中(zhong)的氫會被氨合(he)(he)電子還原成(cheng)(cheng)氫氣,總反(fan)應為鋇與液氨反(fan)應生(sheng)成(cheng)(cheng)氨基鋇與氫氣。
化學性質穩定,硫酸(suan)鋇溶(rong)于水的部(bu)分(fen)全部(bu)電(dian)離,為強電(dian)解(jie)質。硫酸(suan)鋇不溶(rong)于稀硝(xiao)酸(suan)。主要(yao)用作胃腸道造(zao)影劑。
用(yong)(yong)(yong)于制鋇鹽、合(he)金(jin)、焰火、核反應堆等,也是精煉銅時的(de)(de)(de)優良(liang)除氧劑(ji)(ji)。廣泛用(yong)(yong)(yong)于合(he)金(jin),有鉛、鈣、鎂、鈉、鋰、鋁及鎳(nie)等合(he)金(jin)。金(jin)屬(shu)鋇可用(yong)(yong)(yong)作除去真空(kong)管和顯像管痕量氣(qi)體的(de)(de)(de)消氣(qi)劑(ji)(ji)、精煉金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)脫氣(qi)劑(ji)(ji)。
硝酸鋇(bei)與(yu)(yu)氯(lv)酸鉀、鎂粉、松(song)香混合,可(ke)以用來(lai)制造(zao)信號彈與(yu)(yu)煙火。
可(ke)溶性的鋇(bei)化合(he)物(wu)常用(yong)作殺(sha)蟲劑,比(bi)如氯(lv)化鋇(bei),以防治多種植物(wu)害蟲。也可(ke)用(yong)于精制(zhi)(zhi)電解法制(zhi)(zhi)燒堿的鹽水和鍋爐用(yong)水。也用(yong)于制(zhi)(zhi)備顏料。紡織工(gong)業和皮革工(gong)業用(yong)作媒(mei)染(ran)劑和人(ren)造(zao)絲消光劑。
硫酸鋇是X線(xian)檢(jian)查(cha)輔助用藥(yao)。無嗅(xiu)無味的(de)白色粉末,X線(xian)檢(jian)查(cha)中(zhong)在體內(nei)可提供陽性對比的(de)物(wu)質。醫用硫酸鋇在胃腸(chang)道內(nei)不(bu)吸收,也沒有過敏反(fan)應,其中(zhong)不(bu)含有氯(lv)化鋇、硫化鋇和碳酸鋇等可溶性鋇化合物(wu)。主要用于胃腸(chang)道造(zao)影(ying),偶用于其他目的(de)檢(jian)查(cha)。
工(gong)業上制取金(jin)屬(shu)(shu)鋇(bei)分(fen)為制取氧化鋇(bei)和金(jin)屬(shu)(shu)熱(re)還原(鋁熱(re)還原)兩個(ge)步驟。在1000~1200℃,用(yong)金(jin)屬(shu)(shu)鋁還原氧化鋇(bei),可制得金(jin)屬(shu)(shu)鋇(bei),再(zai)用(yong)真空蒸餾法提純。
單質鋇的制備:
1)電解熔融的BaCl2。
2)在(zai)真空中用Al或(huo)Si在(zai)147K下還原BaO或(huo)BaCl2。
3)鋇的氮化物(wu)熱(re)分解(jie)。
鋁熱(re)還原法生產金屬(shu)鋇:
因(yin)配(pei)料比不同,鋁(lv)還(huan)原氧化鋇的反(fan)應(ying)可能有兩(liang)種,反(fan)應(ying)式為:
6BaO+2Al→3BaO·Al2O3+3Ba↑
或:4BaO+2Al→BaO·Al2O3+3Ba↑
這(zhe)兩種反(fan)應(ying)(ying)在1000~1200℃時,都只能(neng)生成少量的鋇,因此,必須用真空泵將(jiang)鋇蒸(zheng)氣不(bu)斷(duan)地從反(fan)應(ying)(ying)區轉移(yi)到冷凝區,反(fan)應(ying)(ying)才能(neng)不(bu)斷(duan)向右進行。反(fan)應(ying)(ying)后的殘渣(zha)有毒,需經處理才能(neng)棄去。
鋇(bei)(bei)(bei)對人類來說不是(shi)必需元(yuan)素是(shi)有(you)(you)毒(du)元(yuan)素,食(shi)入(ru)可溶性鋇(bei)(bei)(bei)化合物會(hui)引起(qi)鋇(bei)(bei)(bei)中(zhong)(zhong)毒(du)。假定成(cheng)年人的(de)(de)(de)(de)平均體(ti)重是(shi)70kg,他體(ti)內的(de)(de)(de)(de)鋇(bei)(bei)(bei)總(zong)量(liang)大(da)約(yue)是(shi)16mg。誤服鋇(bei)(bei)(bei)鹽(yan)后(hou),鋇(bei)(bei)(bei)鹽(yan)會(hui)被(bei)水(shui)和(he)胃酸溶解,這導致了許多中(zhong)(zhong)毒(du)事(shi)件和(he)一(yi)些死亡事(shi)件的(de)(de)(de)(de)發(fa)生。中(zhong)(zhong)毒(du)癥狀有(you)(you)嘔吐、絞(jiao)痛、腹瀉、心跳變緩(huan)且不規律、短(duan)暫(zan)的(de)(de)(de)(de)血壓升(sheng)高(gao)、痙(jing)攣性的(de)(de)(de)(de)震顫和(he)肌肉麻(ma)痹。氯(lv)(lv)化鋇(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)LD50曾被(bei)假定為大(da)約(yue)1g/kg。在攝入(ru)數小(xiao)時(shi)后(hou)或數天后(hou)會(hui)死亡。鋇(bei)(bei)(bei)會(hui)在血漿中(zhong)(zhong)形成(cheng)蛋白質加(jia)合物,在骨(gu)骼中(zhong)(zhong)沉積的(de)(de)(de)(de)鋇(bei)(bei)(bei)占鋇(bei)(bei)(bei)總(zong)量(liang)的(de)(de)(de)(de)65%。鋇(bei)(bei)(bei)在骨(gu)骼中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)半衰(shuai)期大(da)約(yue)是(shi)50天。鋇(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)毒(du)性和(he)它(ta)抑(yi)制K+離子以及它(ta)與硫酸鹽(yan)反(fan)應有(you)(you)關(guan)。人注射的(de)(de)(de)(de)氯(lv)(lv)化鋇(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)吸收量(liang)高(gao)達60-80%,而對口服的(de)(de)(de)(de)氯(lv)(lv)化鋇(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)吸收量(liang)只有(you)(you)10-30%。
急性鋇(bei)(bei)(bei)(bei)鹽中(zhong)(zhong)毒癥(zheng)狀:急性鋇(bei)(bei)(bei)(bei)鹽中(zhong)(zhong)毒臨床比(bi)較少見,多為誤服。凡(fan)在(zai)水或稀鹽酸中(zhong)(zhong)可溶解的鋇(bei)(bei)(bei)(bei)化合(he)物(wu)均具毒性,包括(kuo)氯化鋇(bei)(bei)(bei)(bei)、碳酸鋇(bei)(bei)(bei)(bei)、氫(qing)氧化鋇(bei)(bei)(bei)(bei)、硝(xiao)酸鋇(bei)(bei)(bei)(bei)、醋(cu)酸鋇(bei)(bei)(bei)(bei)、硫(liu)化鋇(bei)(bei)(bei)(bei)、氧化鋇(bei)(bei)(bei)(bei)等。鋇(bei)(bei)(bei)(bei)鹽中(zhong)(zhong)毒主要(yao)表現為胃腸(chang)道刺激癥(zheng)狀和低鉀癥(zheng)候群,如惡心、嘔吐、腹痛(tong)、腹瀉、四肢軟(ruan)癱、心肌(ji)受累、呼吸(xi)肌(ji)麻痹等。因該類患(huan)者多有嘔吐、腹痛(tong)、腹瀉等胃腸(chang)道癥(zheng)狀而(er)易誤診(zhen)(zhen),集體發病時易誤診(zhen)(zhen)為食物(wu)中(zhong)(zhong)毒,單發時則易誤診(zhen)(zhen)為急性胃腸(chang)炎。
即(ji)使(shi)發現了低(di)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)血(xue)癥(zheng),也常(chang)認為是嘔吐(tu)(tu)、腹瀉造成的(de)(de)(de)(de)體液鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)丟失(shi)所致,而(er)未能引起足夠重視。但需注(zhu)意的(de)(de)(de)(de)是此(ci)類患者(zhe)的(de)(de)(de)(de)低(di)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)血(xue)癥(zheng)比較嚴重,與其體液鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)丟失(shi)的(de)(de)(de)(de)量不相平行(xing),所以臨床上遇到(dao)(dao)原因不明的(de)(de)(de)(de)迅速(su)發展的(de)(de)(de)(de)低(di)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)血(xue)癥(zheng),同時有胃(wei)腸(chang)道癥(zheng)狀而(er)用胃(wei)腸(chang)炎不能解釋者(zhe),應(ying)想到(dao)(dao)有急性(xing)鋇(bei)(bei)鹽中毒(du)(du)的(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)能,可(ke)(ke)(ke)將嘔吐(tu)(tu)物或(huo)食物行(xing)毒(du)(du)物分析,如發現鋇(bei)(bei)鹽含量高可(ke)(ke)(ke)得(de)到(dao)(dao)確診(zhen)。口服氯化鋇(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)中毒(du)(du)量為0.2~0.5g,致死量為0.8~4.0g。鋇(bei)(bei)中毒(du)(du)引起低(di)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)血(xue)癥(zheng)的(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)能機制:鋇(bei)(bei)中毒(du)(du)時,細(xi)(xi)胞膜上的(de)(de)(de)(de)Na+-K+-ATP酶繼續活(huo)動,故細(xi)(xi)胞外(wai)液中的(de)(de)(de)(de)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)不斷進入細(xi)(xi)胞,但鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)從細(xi)(xi)胞內流出的(de)(de)(de)(de)孔道被(bei)特異(yi)地阻斷,因而(er)發生低(di)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)血(xue)癥(zheng)。急性(xing)鋇(bei)(bei)鹽中毒(du)(du)的(de)(de)(de)(de)治療(liao)首(shou)要是洗胃(wei),洗胃(wei)液可(ke)(ke)(ke)以選用2%~5%硫酸(suan)鎂或(huo)硫酸(suan)鈉(na),解毒(du)(du)劑(ji)可(ke)(ke)(ke)選用硫酸(suan)鈉(na)或(huo)硫代(dai)硫酸(suan)鈉(na),同時積極糾正低(di)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)血(xue)癥(zheng),有心(xin)律(lv)失(shi)常(chang)者(zhe)應(ying)用抗心(xin)律(lv)失(shi)常(chang)藥物,呼吸(xi)困難時給予氧療(liao),必要時人工呼吸(xi)。
隔離泄(xie)漏(lou)污染區,限制出(chu)入。切斷火源。建議應急(ji)處理(li)人員戴(dai)自(zi)吸(xi)過(guo)濾式防(fang)塵口罩,穿消防(fang)防(fang)護服(fu)。不要直接(jie)接(jie)觸泄(xie)漏(lou)物。小量泄(xie)漏(lou):避免揚塵,用(yong)潔(jie)凈的(de)鏟子收集于干燥(zao)、潔(jie)凈、有蓋的(de)容器中。轉移(yi)回(hui)收。大量泄(xie)漏(lou):用(yong)塑料(liao)布、帆布覆(fu)蓋,減少飛散。使用(yong)無(wu)火花工具(ju)轉移(yi)回(hui)收。
呼吸(xi)系統防護:一般(ban)不需(xu)要特殊(shu)防護,但建議特殊(shu)情況下,佩戴自吸(xi)過(guo)濾式防塵(chen)口罩。
眼睛(jing)防護(hu):戴化學安全防護(hu)眼鏡(jing)。
身體防護:穿化學防護服。
手(shou)防護:戴橡膠手(shou)套。
其它:工作(zuo)現場嚴禁吸煙。注意個人(ren)清潔衛生。
皮膚接觸:脫去被(bei)污染的(de)衣著,用肥皂水(shui)和清水(shui)徹底沖洗皮膚。
眼睛接觸(chu):提(ti)起眼瞼,用流(liu)動清水或生(sheng)理(li)鹽水沖洗(xi)。就醫。
吸(xi)入:迅速脫離現(xian)場至空(kong)氣新鮮處。保(bao)持呼(hu)吸(xi)道(dao)通暢。如呼(hu)吸(xi)困難(nan),給輸氧(yang)。如呼(hu)吸(xi)停止,立即進行人工呼(hu)吸(xi)。就醫。
食入:飲足量溫水,催吐,用2%-5%硫酸鈉(na)溶(rong)液洗胃,導瀉(xie)。就醫。
滅(mie)(mie)火(huo)方法:不可用水、泡沫、二(er)氧化(hua)碳、鹵化(hua)烴(如1211滅(mie)(mie)火(huo)劑)等滅(mie)(mie)火(huo)。須用干(gan)燥石墨(mo)粉或其它干(gan)粉(如干(gan)砂)滅(mie)(mie)火(huo)。
儲(chu)存于陰涼(liang)、通風(feng)的庫房。遠離火種、熱源。相對濕(shi)度保持在75%以下。包裝要求密(mi)封(feng),不可與空氣接觸。應(ying)與氧化劑(ji)、酸類(lei)、堿類(lei)等(deng)分開存放,切忌混儲(chu)。采用防爆型照明、通風(feng)設施(shi)。禁(jin)止使用易(yi)產(chan)生火花的機械設備和工具。儲(chu)區應(ying)備有(you)合適的材料收容(rong)泄漏物。