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發(fā)布時(shí)間:2016-11-30 來(lái)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(lái)源于希臘文βαρ?? (barys),原意是“重的”?;瘜W(xué)元素符號(hào)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(xué)性質(zhì)十分活潑,從來(lái)沒有在自然界中發(fā)現(xiàn)鋇單質(zhì)。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(rèn)為一個(gè)新元素,但直到1808年電解法發(fā)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(yīng)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(xiàn)象,即它們受到光的照射后在黑暗中會(huì)繼續(xù)發(fā)光一段時(shí)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(xiàn)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(zhì)一起焙燒后,發(fā)現(xiàn)它在黑暗中可以發(fā)光,這引起了當(dāng)時(shí)學(xué)者們的興趣。后來(lái)這種石頭被稱為波羅拉石,并引起了歐洲化學(xué)家分析研究的興趣。

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

  1774年,舍勒認(rèn)為這種石頭是一種新土(氧化物)和硫酸結(jié)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(guó)化學(xué)家戴維(H.Davy)用汞作陰極,鉑作陽(yáng)極,電解重晶石(BaSO4)制得鋇汞齊,經(jīng)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(hào)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(guó)的湖南、廣西、山東等地都有較大的礦床。

  物理性質(zhì)

  鋇是銀白色金屬,熔點(diǎn)725°C,沸點(diǎn)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(xué)性質(zhì)

  基本性質(zhì)

  鋇是一種化學(xué)元素?;瘜W(xué)符號(hào) Ba, 原子序數(shù) 56,屬周期系ⅡA族,為堿土金屬的成員。鋇的化學(xué)活性很大,在堿土金屬中是最為活潑的。從電勢(shì)以及電離能可以看出,鋇單質(zhì)具有很強(qiáng)的還原性,事實(shí)上若只考慮失去第一個(gè)電子的情況,鋇在水中的還原性是最強(qiáng)的,但鋇失去第二個(gè)電子相對(duì)困難, 所以綜合考慮,鋇的還原性會(huì)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(wú)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(shí)則發(fā)出綠色火焰,生成過(guò)氧化鋇。

  2Ba+O2=2BaO

  2BaO+O2=2BaO2

  氫氧化鋇

  無(wú)色透明結(jié)晶或白色粉末。在硫酸干燥器中能失去7分子結(jié)晶水,約在78℃失去全部結(jié)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(duì)密度2.188,熔點(diǎn)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(yīng),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(yīng)不如堿金屬那樣劇烈,生成的氫氧化鋇會(huì)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(dǎo)電的藍(lán)色溶液,其本質(zhì)是形成了氨合電子。在長(zhǎng)時(shí)間放置后,氨中的氫會(huì)被氨合電子還原成氫氣,總反應(yīng)為鋇與液氨反應(yīng)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(wú)色斜方晶系晶體或白色無(wú)定型粉末。干燥時(shí)易結(jié)塊。相對(duì)密度4.50(15℃),熔點(diǎn)1580℃。幾乎不溶于水、乙醇和酸。溶于熱濃硫酸中。在1150℃左右發(fā)生多晶轉(zhuǎn)變。在約1400℃開始顯著分解。化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,硫酸鋇溶于水的部分全部電離,為強(qiáng)電解質(zhì)。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(wěn)定的同位素。[7]

  應(yīng)用領(lǐng)域

  工業(yè)用途

  用于制鋇鹽、合金、焰火、核反應(yīng)堆等,也是精煉銅時(shí)的優(yōu)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(lái)制造信號(hào)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(yè)和皮革工業(yè)用作媒染劑和人造絲消光劑。

  醫(yī)療用途

  硫酸鋇是X線檢查輔助用藥。無(wú)嗅無(wú)味的白色粉末,X線檢查中在體內(nèi)可提供陽(yáng)性對(duì)比的物質(zhì)。醫(yī)用硫酸鋇在胃腸道內(nèi)不吸收,也沒有過(guò)敏反應(yīng),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(yè)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(gè)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(zhì)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(chǎn)金屬鋇:

  因配料比不同,鋁還原氧化鋇的反應(yīng)可能有兩種,反應(yīng)式為:

  6BaO+2Al→3BaO·Al2O3+3Ba↑

  或:4BaO+2Al→BaO·Al2O3+3Ba↑

  這兩種反應(yīng)在1000~1200℃時(shí),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(yīng)區(qū)轉(zhuǎn)移到冷凝區(qū),反應(yīng)才能不斷向右進(jìn)行。反應(yīng)后的殘?jiān)卸?,需?jīng)處理才能棄去。

  安全措施

  健康危害

  鋇對(duì)人類來(lái)說(shuō)不是必需元素是有毒元素,食入可溶性鋇化合物會(huì)引起鋇中毒。假定成年人的平均體重是70kg,他體內(nèi)的鋇總量大約是16mg。誤服鋇鹽后,鋇鹽會(huì)被水和胃酸溶解,這導(dǎo)致了許多中毒事件和一些死亡事件的發(fā)生。中毒癥狀有嘔吐、絞痛、腹瀉、心跳變緩且不規(guī)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(shù)小時(shí)后或數(shù)天后會(huì)死亡。鋇會(huì)在血漿中形成蛋白質(zhì)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(yīng)有關(guān)。人注射的氯化鋇的吸收量高達(dá)60-80%,而對(duì)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(xiàn)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(fā)病時(shí)易誤診為食物中毒,單發(fā)時(shí)則易誤診為急性胃腸炎。

  即使發(fā)現(xiàn)了低鉀血癥,也常認(rèn)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(yán)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(fā)展的低鉀血癥,同時(shí)有胃腸道癥狀而用胃腸炎不能解釋者,應(yīng)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(fā)現(xiàn)鋇鹽含量高可得到確診??诜然^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(jī)制:鋇中毒時(shí),細(xì)胞膜上的Na +2K+2ATP酶繼續(xù)活動(dòng),故細(xì)胞外液中的鉀不斷進(jìn)入細(xì)胞,但鉀從細(xì)胞內(nèi)流出的孔道被特異地阻斷,因而發(fā)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(shí)積極糾正低鉀血癥,有心律失常者應(yīng)用抗心律失常藥物,呼吸困難時(shí)給予氧療,必要時(shí)人工呼吸。

  危害防治

  泄漏應(yīng)急處理

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

  防護(hù)措施

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

  眼睛防護(hù):戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡。

  身體防護(hù):穿化學(xué)防護(hù)服。

  手防護(hù):戴橡膠手套。

  其它:工作現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁吸煙。注意個(gè)人清潔衛(wèi)生。

  儲(chǔ)存運(yùn)輸

  儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。相對(duì)濕度保持在75%以下。包裝要求密封,不可與空氣接觸。應(yīng)與氧化劑、酸類、堿類等分開存放,切忌混儲(chǔ)。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。

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