鋇(Barium),堿(jian)土金屬元(yuan)(yuan)素(su),化學元(yuan)(yuan)素(su)符號Ba,在周期表中位于第六周期ⅡA族,是(shi)一種柔軟的有銀白(bai)色(se)光澤的堿(jian)土金屬,是(shi)堿(jian)土金屬中最活潑的元(yuan)(yuan)素(su)。元(yuan)(yuan)素(su)名來源于希臘文βαρ??(barys),原意是(shi)“重的”。
由于鋇(bei)(bei)(bei)(bei)的化學性質十分活潑,從來沒有在自然(ran)界中(zhong)(zhong)(zhong)發(fa)現鋇(bei)(bei)(bei)(bei)單質。鋇(bei)(bei)(bei)(bei)在自然(ran)界中(zhong)(zhong)(zhong)最常(chang)見的礦物(wu)(wu)是重晶石(硫酸(suan)鋇(bei)(bei)(bei)(bei))和毒重石(碳酸(suan)鋇(bei)(bei)(bei)(bei)),二者(zhe)皆不(bu)溶于水(shui)。鋇(bei)(bei)(bei)(bei)在1774年被(bei)確認為一(yi)個新元(yuan)素(su),但直到1808年電解法發(fa)明不(bu)久后才被(bei)歸納為金屬元(yuan)素(su)。鋇(bei)(bei)(bei)(bei)的化合物(wu)(wu)用于制造煙火中(zhong)(zhong)(zhong)的綠色(以焰色反應為原理)。
電解(jie)熔融的氯(lv)(lv)化(hua)鋇或用鋁還原氯(lv)(lv)化(hua)鋇,可(ke)制得金屬鋇。
堿土金屬的硫化物(wu)具有磷光現象,即它們(men)受(shou)到光的照射(she)后在(zai)黑暗中會繼續發光一段時(shi)間。鋇(bei)的化合物(wu)正是(shi)因這一特性而開始被人們(men)注意。
1602年意大利波羅(luo)拉(la)(la)(Bologna,現(xian)(xian)稱博洛(luo)尼亞)城一(yi)位制(zhi)鞋工(gong)人(ren)卡西奧勞(lao)羅(luo)將一(yi)種含硫酸鋇的重晶(jing)石(shi)與可燃物質一(yi)起(qi)(qi)焙(bei)燒后(hou),發現(xian)(xian)它在黑(hei)暗(an)中可以發光,這引起(qi)(qi)了當(dang)時學者(zhe)們的興趣。后(hou)來這種石(shi)頭被稱為波羅(luo)拉(la)(la)石(shi),并引起(qi)(qi)了歐(ou)洲化(hua)學家分(fen)析(xi)研究的興趣。
1774年瑞(rui)典化學家(jia)舍勒(C.W.Scheele)發現(xian)氧化鋇是一種比重大的(de)新土,稱之為“Baryta”(重土)。
1774年,舍勒認(ren)為這種石頭是(shi)一種新(xin)土(氧化物)和硫酸(suan)(suan)結合成的(de),1776年他加熱(re)這一新(xin)土的(de)硝酸(suan)(suan)鹽,獲(huo)得(de)純(chun)凈的(de)土(氧化物)。
1808年英國化學(xue)家戴維(H.Davy)用汞作(zuo)陰(yin)極,鉑(bo)作(zuo)陽極,電解重晶石(BaSO4)制得(de)鋇汞齊,經蒸(zheng)餾去(qu)汞后,得(de)到一種(zhong)純(chun)度不高的金屬,并以(yi)希臘文barys(重)命名。元素(su)符號定為Ba,稱為鋇。
鋇,和(he)其它堿土金屬一樣,在(zai)(zai)地球(qiu)上到處都有分(fen)布:在(zai)(zai)地殼上部的(de)含量是(shi)(shi)0.026%,而在(zai)(zai)地殼中的(de)平均值是(shi)(shi)0.022%。鋇主要以(yi)重(zhong)晶石(shi)形式存(cun)在(zai)(zai),以(yi)硫(liu)酸鹽或碳酸鹽形式存(cun)在(zai)(zai)。
自然界鋇的(de)主(zhu)要礦物為重晶(jing)石(BaSO4)和(he)毒重石(BaCO3)。重晶(jing)石礦床(chuang)分布(bu)很廣,中國(guo)的(de)湖(hu)南、廣西、山東(dong)等地都有(you)較大的(de)礦床(chuang)。
元素在太陽中(zhong)的含量 0.01(ppm)
元素在海水中的(de)含量 0.0047(ppm)
地殼(ke)中(zhong)含(han)量 500(ppm)
鋇是(shi)銀白色金屬,熔點(dian)725°C,沸點(dian)1846°C,密度3.51g/cm3,有延展性。鋇的主要礦石是(shi)重晶石和毒重石。
原子序數 56
質子數 56
原子體積 39.24cm3/mol
沸點 1846℃
熔點 725℃
密(mi)度(du) 3.51g/cm3
原(yuan)子量 137.327
電離能(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
晶體(ti)結構:晶胞(bao)為體(ti)心立方晶胞(bao),每個晶胞(bao)含有(you)2個金(jin)屬原子。
a =502.8 pm α = 90°
b =502.8 pm β = 90°
c = 502.8 pm γ = 90°
天然鋇(bei)(bei)(bei)混合了鋇(bei)(bei)(bei)-138(71.66%)、鋇(bei)(bei)(bei)-137(11.32%)、鋇(bei)(bei)(bei)-136(7.81%)、鋇(bei)(bei)(bei)-135(6.59%)、鋇(bei)(bei)(bei)-134(2.42%)、鋇(bei)(bei)(bei)-130(0.101%)、鋇(bei)(bei)(bei)-132(0.097%)7種穩定的同位素。
鋇是一(yi)種化(hua)學(xue)(xue)元素。化(hua)學(xue)(xue)符號Ba,原(yuan)(yuan)子(zi)序數56,屬(shu)周期系(xi)ⅡA族(zu),為堿土(tu)金(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)成員。鋇的(de)(de)化(hua)學(xue)(xue)活(huo)性(xing)很(hen)大,在(zai)堿土(tu)金(jin)(jin)屬(shu)中是最(zui)為活(huo)潑(po)(po)的(de)(de)。從電勢以及電離能(neng)可以看(kan)出,鋇單質具有(you)很(hen)強(qiang)的(de)(de)還(huan)原(yuan)(yuan)性(xing),事實上若只考(kao)(kao)慮失去第(di)一(yi)個(ge)電子(zi)的(de)(de)情況,鋇在(zai)水中的(de)(de)還(huan)原(yuan)(yuan)性(xing)是最(zui)強(qiang)的(de)(de),但鋇失去第(di)二個(ge)電子(zi)相對困難(nan),所(suo)以綜合(he)考(kao)(kao)慮,鋇的(de)(de)還(huan)原(yuan)(yuan)性(xing)會(hui)下降不少。即使(shi)如此,它也(ye)是酸(suan)性(xing)溶(rong)液中最(zui)活(huo)潑(po)(po)的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)之一(yi),僅次于鋰(li),銫,銣(ru)與鉀。
所屬周期 6
所屬族數 IIA
電子層分布 2-8-18-18-8-2
氧化態 0+2
外圍電(dian)子排布 6s2
鋇在空氣中緩(huan)慢氧(yang)(yang)化(hua),生成(cheng)氧(yang)(yang)化(hua)鋇,氧(yang)(yang)化(hua)鋇為無(wu)色(se)立方晶(jing)體(ti)。溶于(yu)酸,不(bu)溶于(yu)丙(bing)酮和氨水。與水作用(yong)成(cheng)氫氧(yang)(yang)化(hua)鋇,有毒。燃(ran)燒時則發出綠色(se)火焰,生成(cheng)過氧(yang)(yang)化(hua)鋇。
鋇(bei)與水反(fan)應(ying),生成(cheng)氫氧(yang)化(hua)鋇(bei)與氫氣,由于氫氧(yang)化(hua)鋇(bei)的(de)溶解度(du)不(bu)(bu)大,且(qie)鋇(bei)的(de)升(sheng)華能較高,所以反(fan)應(ying)不(bu)(bu)如堿金(jin)屬那樣劇烈,生成(cheng)的(de)氫氧(yang)化(hua)鋇(bei)會遮蓋住視線。
鋇能溶于液氨,生(sheng)成(cheng)(cheng)具(ju)有順磁性的(de)、導電(dian)的(de)藍色溶液,其本質是形(xing)成(cheng)(cheng)了氨合(he)電(dian)子。在長時間放置后,氨中(zhong)的(de)氫會被氨合(he)電(dian)子還原成(cheng)(cheng)氫氣,總反應為鋇與(yu)(yu)液氨反應生(sheng)成(cheng)(cheng)氨基鋇與(yu)(yu)氫氣。
化學性質穩定,硫(liu)酸(suan)(suan)鋇溶(rong)于(yu)水的部(bu)分全部(bu)電(dian)離,為強電(dian)解(jie)質。硫(liu)酸(suan)(suan)鋇不溶(rong)于(yu)稀硝酸(suan)(suan)。主要(yao)用作(zuo)胃腸道造影劑(ji)。
用于(yu)制鋇鹽、合金(jin)(jin)(jin)、焰火(huo)、核反(fan)應(ying)堆等(deng),也(ye)是(shi)精煉(lian)(lian)銅時(shi)的優良除氧劑。廣(guang)泛用于(yu)合金(jin)(jin)(jin),有鉛、鈣、鎂、鈉(na)、鋰、鋁及鎳等(deng)合金(jin)(jin)(jin)。金(jin)(jin)(jin)屬(shu)鋇可用作除去真空管和顯像(xiang)管痕量氣(qi)(qi)體的消(xiao)氣(qi)(qi)劑、精煉(lian)(lian)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)的脫氣(qi)(qi)劑。
硝酸(suan)鋇(bei)與(yu)氯酸(suan)鉀、鎂粉、松香(xiang)混合,可(ke)以用來制造信號(hao)彈與(yu)煙火(huo)。
可溶性的鋇(bei)化(hua)合物(wu)(wu)常用(yong)(yong)作(zuo)殺蟲(chong)劑,比如氯(lv)化(hua)鋇(bei),以(yi)防治多種植物(wu)(wu)害蟲(chong)。也可用(yong)(yong)于(yu)精制(zhi)電解法制(zhi)燒堿的鹽水(shui)和(he)鍋爐用(yong)(yong)水(shui)。也用(yong)(yong)于(yu)制(zhi)備顏料。紡織(zhi)工業(ye)和(he)皮革工業(ye)用(yong)(yong)作(zuo)媒染劑和(he)人造絲消光劑。
硫酸(suan)鋇(bei)(bei)是X線(xian)檢查輔(fu)助用(yong)藥。無(wu)嗅無(wu)味的(de)(de)白(bai)色粉末(mo),X線(xian)檢查中(zhong)在體(ti)內可(ke)提供(gong)陽(yang)性(xing)對(dui)比(bi)的(de)(de)物(wu)質。醫用(yong)硫酸(suan)鋇(bei)(bei)在胃腸(chang)道內不(bu)吸(xi)收,也沒有過敏反應,其中(zhong)不(bu)含有氯化(hua)(hua)鋇(bei)(bei)、硫化(hua)(hua)鋇(bei)(bei)和碳(tan)酸(suan)鋇(bei)(bei)等可(ke)溶(rong)性(xing)鋇(bei)(bei)化(hua)(hua)合物(wu)。主要用(yong)于胃腸(chang)道造影,偶用(yong)于其他目的(de)(de)檢查。
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)兩個步(bu)驟。在1000~1200℃,用金(jin)屬(shu)(shu)鋁還原氧化鋇(bei),可(ke)制得金(jin)屬(shu)(shu)鋇(bei),再用真空蒸餾法(fa)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(de)氮化物熱分(fen)解。
鋁熱還原法生(sheng)產(chan)金屬鋇:
因(yin)配料(liao)比(bi)不同,鋁還原氧(yang)化鋇(bei)的反應可能有兩種,反應式為:
6BaO+2Al→3BaO·Al2O3+3Ba↑
或(huo):4BaO+2Al→BaO·Al2O3+3Ba↑
這(zhe)兩種反(fan)應(ying)在1000~1200℃時,都只能生(sheng)成少量的鋇(bei),因此(ci),必須用真空泵將鋇(bei)蒸氣不(bu)斷地從反(fan)應(ying)區轉移到冷凝區,反(fan)應(ying)才(cai)能不(bu)斷向右進行。反(fan)應(ying)后(hou)的殘(can)渣有(you)毒(du),需經處理(li)才(cai)能棄去。
鋇(bei)(bei)(bei)對人(ren)類來說(shuo)不是(shi)必需(xu)元(yuan)素是(shi)有毒(du)元(yuan)素,食入可溶性鋇(bei)(bei)(bei)化(hua)合物會引(yin)起鋇(bei)(bei)(bei)中毒(du)。假(jia)定(ding)成年人(ren)的(de)(de)(de)平均體重是(shi)70kg,他(ta)體內(nei)的(de)(de)(de)鋇(bei)(bei)(bei)總量(liang)大約(yue)是(shi)16mg。誤服鋇(bei)(bei)(bei)鹽后,鋇(bei)(bei)(bei)鹽會被(bei)水和(he)胃酸溶解,這導致了許多中毒(du)事件和(he)一些(xie)死(si)(si)亡事件的(de)(de)(de)發(fa)生(sheng)。中毒(du)癥狀有嘔吐、絞痛、腹瀉、心跳(tiao)變緩(huan)且不規律(lv)、短暫的(de)(de)(de)血壓(ya)升高、痙攣(luan)性的(de)(de)(de)震顫和(he)肌肉(rou)麻痹。氯(lv)化(hua)鋇(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)LD50曾(ceng)被(bei)假(jia)定(ding)為大約(yue)1g/kg。在(zai)攝入數(shu)小時后或數(shu)天(tian)后會死(si)(si)亡。鋇(bei)(bei)(bei)會在(zai)血漿(jiang)中形成蛋白(bai)質加合物,在(zai)骨骼中沉積的(de)(de)(de)鋇(bei)(bei)(bei)占鋇(bei)(bei)(bei)總量(liang)的(de)(de)(de)65%。鋇(bei)(bei)(bei)在(zai)骨骼中的(de)(de)(de)半衰期大約(yue)是(shi)50天(tian)。鋇(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)毒(du)性和(he)它(ta)(ta)抑(yi)制K+離子以及它(ta)(ta)與硫酸鹽反應有關。人(ren)注射(she)的(de)(de)(de)氯(lv)化(hua)鋇(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)吸收量(liang)高達(da)60-80%,而對口(kou)服的(de)(de)(de)氯(lv)化(hua)鋇(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)吸收量(liang)只有10-30%。
急性(xing)(xing)鋇(bei)鹽(yan)(yan)中(zhong)毒(du)(du)癥狀:急性(xing)(xing)鋇(bei)鹽(yan)(yan)中(zhong)毒(du)(du)臨床比較(jiao)少見,多為誤服。凡(fan)在水或稀鹽(yan)(yan)酸(suan)中(zhong)可溶解(jie)的鋇(bei)化(hua)合物均具(ju)毒(du)(du)性(xing)(xing),包(bao)括氯化(hua)鋇(bei)、碳酸(suan)鋇(bei)、氫氧化(hua)鋇(bei)、硝酸(suan)鋇(bei)、醋酸(suan)鋇(bei)、硫(liu)化(hua)鋇(bei)、氧化(hua)鋇(bei)等(deng)。鋇(bei)鹽(yan)(yan)中(zhong)毒(du)(du)主要表現為胃腸道刺激(ji)癥狀和(he)低鉀癥候群,如(ru)惡心、嘔吐、腹(fu)痛(tong)(tong)、腹(fu)瀉、四肢軟癱、心肌受累、呼吸(xi)肌麻痹等(deng)。因(yin)該(gai)類患者(zhe)多有嘔吐、腹(fu)痛(tong)(tong)、腹(fu)瀉等(deng)胃腸道癥狀而易誤診,集體發病時(shi)易誤診為食(shi)物中(zhong)毒(du)(du),單發時(shi)則易誤診為急性(xing)(xing)胃腸炎。
即使發(fa)現(xian)了低(di)鉀(jia)(jia)(jia)血癥(zheng)(zheng)(zheng),也(ye)常(chang)認為(wei)(wei)是(shi)嘔(ou)吐、腹瀉造(zao)成的(de)(de)(de)(de)體液鉀(jia)(jia)(jia)丟失(shi)所(suo)致(zhi),而未能引(yin)起足夠重(zhong)視。但(dan)需注意的(de)(de)(de)(de)是(shi)此類患者(zhe)的(de)(de)(de)(de)低(di)鉀(jia)(jia)(jia)血癥(zheng)(zheng)(zheng)比較嚴重(zhong),與其體液鉀(jia)(jia)(jia)丟失(shi)的(de)(de)(de)(de)量(liang)不(bu)相平行,所(suo)以臨(lin)床上(shang)遇到(dao)(dao)原因(yin)不(bu)明的(de)(de)(de)(de)迅速發(fa)展的(de)(de)(de)(de)低(di)鉀(jia)(jia)(jia)血癥(zheng)(zheng)(zheng),同時(shi)有(you)胃腸道(dao)(dao)癥(zheng)(zheng)(zheng)狀而用(yong)胃腸炎不(bu)能解釋者(zhe),應想到(dao)(dao)有(you)急(ji)性(xing)鋇(bei)鹽(yan)中毒(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)能,可(ke)(ke)將嘔(ou)吐物(wu)(wu)或(huo)食物(wu)(wu)行毒(du)(du)(du)物(wu)(wu)分(fen)析,如(ru)發(fa)現(xian)鋇(bei)鹽(yan)含量(liang)高(gao)可(ke)(ke)得(de)到(dao)(dao)確診。口服氯化鋇(bei)的(de)(de)(de)(de)中毒(du)(du)(du)量(liang)為(wei)(wei)0.2~0.5g,致(zhi)死量(liang)為(wei)(wei)0.8~4.0g。鋇(bei)中毒(du)(du)(du)引(yin)起低(di)鉀(jia)(jia)(jia)血癥(zheng)(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)能機制:鋇(bei)中毒(du)(du)(du)時(shi),細胞(bao)(bao)(bao)膜上(shang)的(de)(de)(de)(de)Na+-K+-ATP酶繼續活動(dong),故細胞(bao)(bao)(bao)外液中的(de)(de)(de)(de)鉀(jia)(jia)(jia)不(bu)斷進(jin)入(ru)細胞(bao)(bao)(bao),但(dan)鉀(jia)(jia)(jia)從(cong)細胞(bao)(bao)(bao)內(nei)流出的(de)(de)(de)(de)孔道(dao)(dao)被特異地阻斷,因(yin)而發(fa)生(sheng)低(di)鉀(jia)(jia)(jia)血癥(zheng)(zheng)(zheng)。急(ji)性(xing)鋇(bei)鹽(yan)中毒(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)治療首要是(shi)洗胃,洗胃液可(ke)(ke)以選用(yong)2%~5%硫(liu)酸鎂或(huo)硫(liu)酸鈉(na),解毒(du)(du)(du)劑可(ke)(ke)選用(yong)硫(liu)酸鈉(na)或(huo)硫(liu)代硫(liu)酸鈉(na),同時(shi)積(ji)極糾正(zheng)低(di)鉀(jia)(jia)(jia)血癥(zheng)(zheng)(zheng),有(you)心律失(shi)常(chang)者(zhe)應用(yong)抗心律失(shi)常(chang)藥(yao)物(wu)(wu),呼(hu)吸(xi)困(kun)難時(shi)給予(yu)氧療,必要時(shi)人工(gong)呼(hu)吸(xi)。
隔離泄(xie)(xie)漏(lou)(lou)污(wu)染區,限制(zhi)出入。切斷火源。建議(yi)應急處理人員戴自吸過濾(lv)式防(fang)塵(chen)口罩,穿消防(fang)防(fang)護(hu)服。不(bu)要直接接觸(chu)泄(xie)(xie)漏(lou)(lou)物。小量泄(xie)(xie)漏(lou)(lou):避(bi)免揚塵(chen),用(yong)潔凈的(de)鏟子收集于干(gan)燥(zao)、潔凈、有蓋(gai)的(de)容(rong)器中(zhong)。轉移回收。大量泄(xie)(xie)漏(lou)(lou):用(yong)塑料布(bu)(bu)、帆(fan)布(bu)(bu)覆蓋(gai),減(jian)少飛散。使用(yong)無火花工(gong)具轉移回收。
呼(hu)吸系統防護(hu)(hu):一般(ban)不(bu)需要特(te)殊防護(hu)(hu),但建議(yi)特(te)殊情況下(xia),佩(pei)戴自吸過濾式防塵口(kou)罩。
眼睛防護(hu):戴化學安全防護(hu)眼鏡。
身體防(fang)護(hu):穿化學防(fang)護(hu)服。
手防(fang)護:戴橡(xiang)膠手套。
其(qi)它:工作現場嚴(yan)禁吸煙(yan)。注意個人清潔(jie)衛生。
皮(pi)(pi)膚接觸(chu):脫去(qu)被(bei)污(wu)染的(de)衣著,用肥皂水和(he)清水徹底(di)沖洗皮(pi)(pi)膚。
眼睛接(jie)觸:提起眼瞼,用流動(dong)清(qing)水(shui)或生理鹽水(shui)沖洗。就醫。
吸入:迅速脫離現場至空氣新(xin)鮮處。保(bao)持呼(hu)吸道通(tong)暢。如(ru)呼(hu)吸困(kun)難(nan),給輸氧。如(ru)呼(hu)吸停止,立即進行(xing)人工呼(hu)吸。就醫。
食(shi)入:飲足量溫水,催吐(tu),用2%-5%硫(liu)酸鈉溶液洗胃,導瀉。就醫。
滅(mie)(mie)火(huo)方法:不可用水(shui)、泡沫、二氧化(hua)碳、鹵(lu)化(hua)烴(如1211滅(mie)(mie)火(huo)劑)等滅(mie)(mie)火(huo)。須用干燥石墨粉或其它(ta)干粉(如干砂)滅(mie)(mie)火(huo)。
儲存(cun)于陰涼、通風的庫房。遠離火(huo)種、熱源。相對濕度保(bao)持(chi)在75%以(yi)下(xia)。包裝要求密封,不可與空氣接(jie)觸(chu)。應(ying)(ying)與氧化劑、酸類、堿類等分(fen)開存(cun)放,切忌(ji)混儲。采用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火(huo)花的機械設備(bei)和工(gong)具。儲區應(ying)(ying)備(bei)有合適(shi)的材料收容泄漏物。