鋇(Barium),堿(jian)(jian)土金屬(shu)元(yuan)素(su),化學(xue)元(yuan)素(su)符(fu)號Ba,在周期表中(zhong)位于(yu)第六(liu)周期ⅡA族,是一種柔軟的(de)有銀白色光(guang)澤(ze)的(de)堿(jian)(jian)土金屬(shu),是堿(jian)(jian)土金屬(shu)中(zhong)最活潑的(de)元(yuan)素(su)。元(yuan)素(su)名(ming)來源于(yu)希臘(la)文βαρ??(barys),原(yuan)意(yi)是“重的(de)”。
由于(yu)(yu)鋇(bei)(bei)(bei)(bei)的化學性質(zhi)十(shi)分活潑,從來沒有在(zai)自然界(jie)中發現鋇(bei)(bei)(bei)(bei)單質(zhi)。鋇(bei)(bei)(bei)(bei)在(zai)自然界(jie)中最常(chang)見(jian)的礦物是重晶石(shi)(硫(liu)酸鋇(bei)(bei)(bei)(bei))和毒重石(shi)(碳酸鋇(bei)(bei)(bei)(bei)),二(er)者皆不溶于(yu)(yu)水(shui)。鋇(bei)(bei)(bei)(bei)在(zai)1774年被(bei)確認為(wei)一個新(xin)元(yuan)素,但直到(dao)1808年電解法發明不久后(hou)才被(bei)歸納(na)為(wei)金屬元(yuan)素。鋇(bei)(bei)(bei)(bei)的化合物用于(yu)(yu)制造煙(yan)火中的綠色(se)(以(yi)焰色(se)反應為(wei)原理)。
電解熔融的氯(lv)化(hua)鋇(bei)或用鋁還原氯(lv)化(hua)鋇(bei),可制(zhi)得金(jin)屬鋇(bei)。
堿土(tu)金(jin)屬的(de)(de)硫化物具有磷光(guang)現象,即(ji)它(ta)們(men)受到光(guang)的(de)(de)照射后在黑暗中會(hui)繼續發光(guang)一(yi)段時(shi)間。鋇的(de)(de)化合物正(zheng)是因這(zhe)一(yi)特性而開(kai)始被人們(men)注(zhu)意。
1602年意大(da)利波羅(luo)拉(Bologna,現(xian)稱博洛(luo)尼(ni)亞(ya))城一(yi)位(wei)制鞋(xie)工人卡西(xi)奧(ao)勞(lao)羅(luo)將(jiang)一(yi)種(zhong)含硫酸鋇的重晶石(shi)與(yu)可燃物質一(yi)起焙燒后,發現(xian)它在黑暗中(zhong)可以發光,這(zhe)引(yin)起了當(dang)時學者(zhe)們的興(xing)趣(qu)(qu)。后來(lai)這(zhe)種(zhong)石(shi)頭被稱為波羅(luo)拉石(shi),并引(yin)起了歐洲(zhou)化(hua)學家分析研究的興(xing)趣(qu)(qu)。
1774年瑞(rui)典化(hua)學(xue)家舍勒(C.W.Scheele)發現氧化(hua)鋇(bei)是一種(zhong)比重大的新土,稱之為(wei)“Baryta”(重土)。
1774年(nian),舍勒認(ren)為這種石(shi)頭是一種新(xin)土(tu)(氧化(hua)物(wu))和硫酸(suan)結(jie)合成(cheng)的,1776年(nian)他加熱這一新(xin)土(tu)的硝酸(suan)鹽(yan),獲得純(chun)凈(jing)的土(tu)(氧化(hua)物(wu))。
1808年英(ying)國化學家(jia)戴維(H.Davy)用汞(gong)(gong)作陰極,鉑作陽極,電解(jie)重(zhong)(zhong)晶石(BaSO4)制得(de)鋇汞(gong)(gong)齊(qi),經蒸(zheng)餾(liu)去汞(gong)(gong)后,得(de)到(dao)一(yi)種純(chun)度不高的金屬,并以希臘文barys(重(zhong)(zhong))命名。元素符號定為Ba,稱為鋇。
鋇,和其它堿土金(jin)屬(shu)一(yi)樣,在地球上到處都有分(fen)布:在地殼(ke)上部的含(han)量是(shi)0.026%,而在地殼(ke)中的平均(jun)值(zhi)是(shi)0.022%。鋇主要以重晶石形式存在,以硫酸鹽或(huo)碳(tan)酸鹽形式存在。
自然界鋇(bei)的主要礦(kuang)物為重(zhong)晶(jing)石(shi)(shi)(BaSO4)和毒重(zhong)石(shi)(shi)(BaCO3)。重(zhong)晶(jing)石(shi)(shi)礦(kuang)床分(fen)布很廣,中國的湖南、廣西(xi)、山(shan)東等地都有較大的礦(kuang)床。
元(yuan)素在(zai)太陽中的含量(liang) 0.01(ppm)
元素(su)在(zai)海水(shui)中的(de)含量 0.0047(ppm)
地殼中(zhong)含量(liang) 500(ppm)
鋇是(shi)銀白色金屬,熔點725°C,沸點1846°C,密度3.51g/cm3,有延展性。鋇的主要礦石是(shi)重(zhong)晶石和毒重(zhong)石。
原子序數 56
質子數 56
原子體積 39.24cm3/mol
沸點 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
晶體結構:晶胞為體心立(li)方晶胞,每個(ge)晶胞含(han)有2個(ge)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(he)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(zhong)穩定的同位素。
鋇(bei)是(shi)一種化學元素。化學符號Ba,原(yuan)子序數56,屬周期(qi)系ⅡA族,為堿(jian)土(tu)金屬的(de)成員。鋇(bei)的(de)化學活(huo)性(xing)很大,在(zai)堿(jian)土(tu)金屬中(zhong)是(shi)最為活(huo)潑的(de)。從電(dian)勢以及(ji)電(dian)離(li)能可(ke)以看出,鋇(bei)單質(zhi)具(ju)有很強(qiang)的(de)還(huan)原(yuan)性(xing),事實上若(ruo)只考(kao)慮(lv)失去第(di)一個電(dian)子的(de)情況(kuang),鋇(bei)在(zai)水中(zhong)的(de)還(huan)原(yuan)性(xing)是(shi)最強(qiang)的(de),但鋇(bei)失去第(di)二個電(dian)子相對困難,所以綜合考(kao)慮(lv),鋇(bei)的(de)還(huan)原(yuan)性(xing)會下(xia)降不少(shao)。即使如(ru)此,它也是(shi)酸性(xing)溶液中(zhong)最活(huo)潑的(de)金屬之一,僅(jin)次于鋰(li),銫(se),銣與鉀。
所屬周期 6
所屬族數 IIA
電子層(ceng)分布 2-8-18-18-8-2
氧化態 0+2
外圍電子排(pai)布 6s2
鋇(bei)(bei)在空氣中緩慢(man)氧(yang)化(hua)(hua),生(sheng)(sheng)成氧(yang)化(hua)(hua)鋇(bei)(bei),氧(yang)化(hua)(hua)鋇(bei)(bei)為無色立(li)方晶體。溶于酸(suan),不溶于丙(bing)酮和氨水。與(yu)水作用成氫(qing)氧(yang)化(hua)(hua)鋇(bei)(bei),有毒。燃燒時則發出綠色火焰,生(sheng)(sheng)成過氧(yang)化(hua)(hua)鋇(bei)(bei)。
鋇(bei)(bei)(bei)與水反(fan)應,生成(cheng)(cheng)氫(qing)(qing)氧化(hua)(hua)鋇(bei)(bei)(bei)與氫(qing)(qing)氣,由于氫(qing)(qing)氧化(hua)(hua)鋇(bei)(bei)(bei)的(de)溶(rong)解度不大,且鋇(bei)(bei)(bei)的(de)升(sheng)華能較高,所以反(fan)應不如(ru)堿金屬那樣劇烈(lie),生成(cheng)(cheng)的(de)氫(qing)(qing)氧化(hua)(hua)鋇(bei)(bei)(bei)會遮(zhe)蓋(gai)住視線。
鋇能溶(rong)于液氨(an),生成具有順磁性(xing)的、導(dao)電的藍(lan)色溶(rong)液,其本(ben)質是形(xing)成了氨(an)合電子。在長時間放(fang)置后,氨(an)中的氫(qing)會被(bei)氨(an)合電子還(huan)原成氫(qing)氣,總反(fan)應為鋇與(yu)液氨(an)反(fan)應生成氨(an)基鋇與(yu)氫(qing)氣。
化學性質穩定,硫酸(suan)鋇(bei)溶(rong)(rong)于(yu)水的(de)部分全部電離,為強(qiang)電解質。硫酸(suan)鋇(bei)不溶(rong)(rong)于(yu)稀硝酸(suan)。主要用作胃腸道造影劑。
用于(yu)制鋇(bei)鹽(yan)、合金(jin)、焰火、核反應堆(dui)等(deng)(deng),也是精(jing)煉銅(tong)時的優良除(chu)氧劑(ji)。廣泛(fan)用于(yu)合金(jin),有鉛(qian)、鈣、鎂、鈉、鋰、鋁(lv)及鎳等(deng)(deng)合金(jin)。金(jin)屬鋇(bei)可用作除(chu)去(qu)真空管和顯像管痕量氣體的消氣劑(ji)、精(jing)煉金(jin)屬的脫氣劑(ji)。
硝酸鋇與(yu)氯酸鉀、鎂粉(fen)、松(song)香混合,可以用(yong)來制(zhi)造(zao)信號彈(dan)與(yu)煙火。
可溶(rong)性的鋇化(hua)合物常用(yong)(yong)(yong)作(zuo)殺蟲(chong)劑,比(bi)如氯化(hua)鋇,以防治(zhi)多種植物害蟲(chong)。也(ye)可用(yong)(yong)(yong)于(yu)精制電解法制燒(shao)堿的鹽水和(he)鍋爐用(yong)(yong)(yong)水。也(ye)用(yong)(yong)(yong)于(yu)制備顏(yan)料。紡織工業和(he)皮革工業用(yong)(yong)(yong)作(zuo)媒染(ran)劑和(he)人造絲消光劑。
硫(liu)酸鋇是(shi)X線檢查輔助用(yong)(yong)藥。無(wu)嗅無(wu)味的白色(se)粉末(mo),X線檢查中在體內可提供(gong)陽性(xing)(xing)對比的物(wu)質。醫用(yong)(yong)硫(liu)酸鋇在胃腸道(dao)內不(bu)吸收(shou),也沒有(you)(you)過敏反應(ying),其(qi)中不(bu)含有(you)(you)氯化鋇、硫(liu)化鋇和碳(tan)酸鋇等可溶性(xing)(xing)鋇化合物(wu)。主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)于(yu)胃腸道(dao)造(zao)影(ying),偶用(yong)(yong)于(yu)其(qi)他(ta)目的檢查。
工業(ye)上制(zhi)取(qu)金屬(shu)鋇(bei)(bei)分為制(zhi)取(qu)氧化鋇(bei)(bei)和金屬(shu)熱(re)還原(鋁(lv)熱(re)還原)兩個步(bu)驟(zou)。在1000~1200℃,用(yong)金屬(shu)鋁(lv)還原氧化鋇(bei)(bei),可制(zhi)得金屬(shu)鋇(bei)(bei),再用(yong)真(zhen)空(kong)蒸餾(liu)法提純。
單質鋇的制備:
1)電解熔融(rong)的BaCl2。
2)在真(zhen)空中用(yong)Al或Si在147K下還原BaO或BaCl2。
3)鋇的(de)氮化物熱(re)分解。
鋁熱還原法(fa)生產金屬(shu)鋇:
因配料(liao)比不(bu)同,鋁(lv)還原(yuan)氧化鋇的反(fan)(fan)應可能有(you)兩種,反(fan)(fan)應式為(wei):
6BaO+2Al→3BaO·Al2O3+3Ba↑
或:4BaO+2Al→BaO·Al2O3+3Ba↑
這兩(liang)種反應在1000~1200℃時,都只能(neng)(neng)生成少量的(de)鋇(bei),因(yin)此(ci),必須用真(zhen)空(kong)泵將鋇(bei)蒸氣(qi)不斷地從反應區轉移到冷(leng)凝(ning)區,反應才(cai)能(neng)(neng)不斷向右進行(xing)。反應后的(de)殘渣有(you)毒(du),需經處理才(cai)能(neng)(neng)棄(qi)去。
鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)對人類來說不是(shi)必需元(yuan)素是(shi)有毒元(yuan)素,食入(ru)可溶(rong)性(xing)鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)化合物(wu)會(hui)(hui)引起鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)中(zhong)(zhong)(zhong)毒。假(jia)定(ding)成年人的(de)(de)(de)(de)(de)平均體重是(shi)70kg,他體內的(de)(de)(de)(de)(de)鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)總量大(da)(da)約(yue)是(shi)16mg。誤(wu)服(fu)(fu)鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)鹽(yan)后,鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)鹽(yan)會(hui)(hui)被(bei)(bei)水和(he)(he)胃酸溶(rong)解,這導致了許多中(zhong)(zhong)(zhong)毒事件和(he)(he)一些死亡事件的(de)(de)(de)(de)(de)發生。中(zhong)(zhong)(zhong)毒癥狀(zhuang)有嘔吐、絞痛、腹瀉、心跳變(bian)緩且(qie)不規律、短暫(zan)的(de)(de)(de)(de)(de)血壓升高(gao)、痙攣(luan)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)震顫(zhan)和(he)(he)肌(ji)肉(rou)麻痹(bi)。氯化鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)LD50曾被(bei)(bei)假(jia)定(ding)為大(da)(da)約(yue)1g/kg。在(zai)攝入(ru)數(shu)小時后或(huo)數(shu)天(tian)后會(hui)(hui)死亡。鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)會(hui)(hui)在(zai)血漿中(zhong)(zhong)(zhong)形(xing)成蛋白質(zhi)加合物(wu),在(zai)骨(gu)(gu)骼中(zhong)(zhong)(zhong)沉積的(de)(de)(de)(de)(de)鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)占鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)總量的(de)(de)(de)(de)(de)65%。鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)在(zai)骨(gu)(gu)骼中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)半衰期大(da)(da)約(yue)是(shi)50天(tian)。鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)毒性(xing)和(he)(he)它抑制K+離子(zi)以及它與硫酸鹽(yan)反應有關。人注射的(de)(de)(de)(de)(de)氯化鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)吸收(shou)量高(gao)達60-80%,而對口服(fu)(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)氯化鋇(bei)(bei)(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)吸收(shou)量只有10-30%。
急(ji)性鋇(bei)(bei)鹽(yan)中(zhong)毒(du)癥(zheng)狀:急(ji)性鋇(bei)(bei)鹽(yan)中(zhong)毒(du)臨床比(bi)較少見,多為誤服。凡在(zai)水或稀鹽(yan)酸(suan)中(zhong)可溶(rong)解的鋇(bei)(bei)化(hua)(hua)合(he)物均具毒(du)性,包(bao)括氯化(hua)(hua)鋇(bei)(bei)、碳酸(suan)鋇(bei)(bei)、氫(qing)氧化(hua)(hua)鋇(bei)(bei)、硝(xiao)酸(suan)鋇(bei)(bei)、醋酸(suan)鋇(bei)(bei)、硫化(hua)(hua)鋇(bei)(bei)、氧化(hua)(hua)鋇(bei)(bei)等(deng)。鋇(bei)(bei)鹽(yan)中(zhong)毒(du)主要表(biao)現為胃(wei)(wei)(wei)腸道刺激癥(zheng)狀和低鉀癥(zheng)候群(qun),如惡心、嘔(ou)吐(tu)、腹(fu)(fu)痛、腹(fu)(fu)瀉、四肢軟癱、心肌(ji)(ji)受累、呼吸(xi)肌(ji)(ji)麻痹等(deng)。因該類(lei)患者多有嘔(ou)吐(tu)、腹(fu)(fu)痛、腹(fu)(fu)瀉等(deng)胃(wei)(wei)(wei)腸道癥(zheng)狀而易(yi)誤診,集(ji)體發(fa)病時易(yi)誤診為食物中(zhong)毒(du),單發(fa)時則易(yi)誤診為急(ji)性胃(wei)(wei)(wei)腸炎。
即使發現了低(di)鉀(jia)血(xue)癥(zheng)(zheng)(zheng),也常(chang)認為(wei)是嘔吐(tu)、腹(fu)瀉造成的(de)(de)(de)(de)(de)體液(ye)鉀(jia)丟(diu)失所致,而未能(neng)引起(qi)(qi)足夠重(zhong)視。但需注意的(de)(de)(de)(de)(de)是此類患者的(de)(de)(de)(de)(de)低(di)鉀(jia)血(xue)癥(zheng)(zheng)(zheng)比較(jiao)嚴重(zhong),與其體液(ye)鉀(jia)丟(diu)失的(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)不(bu)相平行,所以(yi)臨(lin)床上遇到(dao)原(yuan)因(yin)不(bu)明(ming)的(de)(de)(de)(de)(de)迅速發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)低(di)鉀(jia)血(xue)癥(zheng)(zheng)(zheng),同(tong)(tong)時(shi)(shi)有胃(wei)腸(chang)道(dao)癥(zheng)(zheng)(zheng)狀而用(yong)(yong)(yong)(yong)胃(wei)腸(chang)炎(yan)不(bu)能(neng)解(jie)釋(shi)者,應想到(dao)有急(ji)性(xing)鋇(bei)鹽(yan)中(zhong)(zhong)毒(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng),可將嘔吐(tu)物或(huo)食物行毒(du)(du)(du)物分析(xi),如發現鋇(bei)鹽(yan)含量(liang)高可得到(dao)確診。口服氯化(hua)鋇(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)毒(du)(du)(du)量(liang)為(wei)0.2~0.5g,致死量(liang)為(wei)0.8~4.0g。鋇(bei)中(zhong)(zhong)毒(du)(du)(du)引起(qi)(qi)低(di)鉀(jia)血(xue)癥(zheng)(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)(de)(de)可能(neng)機制:鋇(bei)中(zhong)(zhong)毒(du)(du)(du)時(shi)(shi),細(xi)胞(bao)膜(mo)上的(de)(de)(de)(de)(de)Na+-K+-ATP酶(mei)繼(ji)續(xu)活動(dong),故細(xi)胞(bao)外液(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)鉀(jia)不(bu)斷進入(ru)細(xi)胞(bao),但鉀(jia)從細(xi)胞(bao)內流出的(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)道(dao)被特異地阻斷,因(yin)而發生低(di)鉀(jia)血(xue)癥(zheng)(zheng)(zheng)。急(ji)性(xing)鋇(bei)鹽(yan)中(zhong)(zhong)毒(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)治療(liao)(liao)首(shou)要是洗胃(wei),洗胃(wei)液(ye)可以(yi)選用(yong)(yong)(yong)(yong)2%~5%硫酸鎂或(huo)硫酸鈉,解(jie)毒(du)(du)(du)劑(ji)可選用(yong)(yong)(yong)(yong)硫酸鈉或(huo)硫代硫酸鈉,同(tong)(tong)時(shi)(shi)積極糾正低(di)鉀(jia)血(xue)癥(zheng)(zheng)(zheng),有心律(lv)失常(chang)者應用(yong)(yong)(yong)(yong)抗心律(lv)失常(chang)藥物,呼(hu)吸困難(nan)時(shi)(shi)給予(yu)氧療(liao)(liao),必要時(shi)(shi)人工呼(hu)吸。
隔離(li)泄(xie)漏(lou)(lou)污染(ran)區(qu),限制出(chu)入。切斷火源。建議應急(ji)處理人員(yuan)戴(dai)自吸過濾式(shi)防塵口(kou)罩,穿(chuan)消防防護服。不要直(zhi)接接觸泄(xie)漏(lou)(lou)物。小量(liang)泄(xie)漏(lou)(lou):避免揚(yang)塵,用(yong)潔凈的(de)鏟子收集于干燥、潔凈、有蓋的(de)容器中。轉移(yi)回收。大量(liang)泄(xie)漏(lou)(lou):用(yong)塑料布(bu)、帆布(bu)覆蓋,減少飛散。使用(yong)無火花工具轉移(yi)回收。
呼吸系統防護(hu):一般不需要特(te)殊防護(hu),但建議(yi)特(te)殊情況下,佩戴(dai)自(zi)吸過濾式防塵(chen)口罩。
眼(yan)睛防(fang)護(hu)(hu):戴(dai)化學安(an)全(quan)防(fang)護(hu)(hu)眼(yan)鏡。
身體(ti)防(fang)護:穿化學防(fang)護服。
手防護:戴橡膠手套(tao)。
其它:工(gong)作現(xian)場嚴禁吸煙(yan)。注意個人(ren)清潔衛生(sheng)。
皮膚接(jie)觸:脫去被污染(ran)的衣著(zhu),用肥皂水和清水徹(che)底(di)沖洗(xi)皮膚。
眼(yan)睛接觸:提起眼(yan)瞼(jian),用流動清(qing)水或生理(li)鹽水沖洗。就醫(yi)。
吸(xi)(xi)入(ru):迅速脫離(li)現場(chang)至空氣新鮮處。保持呼吸(xi)(xi)道通(tong)暢。如(ru)呼吸(xi)(xi)困難(nan),給輸氧。如(ru)呼吸(xi)(xi)停止,立即進行人工呼吸(xi)(xi)。就醫。
食入(ru):飲足量溫水,催吐,用2%-5%硫酸鈉溶(rong)液洗胃,導瀉。就醫。
滅(mie)火方(fang)法:不可用(yong)水(shui)、泡沫、二氧化(hua)碳、鹵化(hua)烴(如(ru)1211滅(mie)火劑)等滅(mie)火。須(xu)用(yong)干燥(zao)石墨粉或其它干粉(如(ru)干砂(sha))滅(mie)火。
儲存于(yu)陰涼、通風的(de)庫房。遠離火種、熱(re)源(yuan)。相對(dui)濕度保(bao)持在75%以下。包裝要求密封(feng),不可與空氣(qi)接觸。應與氧化劑、酸類、堿(jian)類等分開(kai)存放,切忌混儲。采用防(fang)爆型照明、通風設(she)施。禁止使(shi)用易產生火花的(de)機(ji)械(xie)設(she)備和工具。儲區應備有合適的(de)材料收(shou)容泄漏物。