Bari (element)

Bari
56Ba
cesi ← bari → lantani Sr ↑ Ba ↓ Ra Taula periòdica
Aspecte
Gris platejat Bari sota atmosfera de gas inert d'argó Línies espectrals del bari
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Bari, Ba, 56
Categoria d'elements	Metalls alcalinoterris
Grup, període, bloc	2, 6, s
Pes atòmic estàndard	137,33
Configuració electrònica	[Xe] 6s2 2, 8, 18, 18, 8, 2
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de la t. a.)	3,51 g·cm−3
Densitat del líquid en el p. f.	3,338 g·cm−3
Punt de fusió	1.000 K, 727 °C
Punt d'ebullició	2.170 K, 1.897 °C
Entalpia de fusió	7,12 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	140,3 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	28,07 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 911 1.038 1.185 1.388 1.686 2.170
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	+2 (òxid bàsic fort)
Electronegativitat	0,89 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 502,9 kJ·mol−1
	2a: 965,2 kJ·mol−1
	3a: 3.600 kJ·mol−1
Radi atòmic	222 pm
Radi covalent	215±11 pm
Radi de Van der Waals	268 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Cúbica centrada en la cara
Ordenació magnètica	Paramagnètic
Resistivitat elèctrica	(20 °C) 332 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	18,4 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(25 °C) 20,6 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima)	(20 °C) 1.620 m·s−1
Mòdul d'elasticitat	13 GPa
Mòdul de cisallament	4,9 GPa
Mòdul de compressibilitat	9,6 GPa
Duresa de Mohs	1,25
Nombre CAS	7440-39-3
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del bari
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 130Ba 0,106% 130Ba és estable amb 74 neutrons 132Ba 0,101% 132Ba és estable amb 76 neutrons 133Ba sin 10,51 y ε 0,517 133Cs 134Ba 2,417% 134Ba és estable amb 78 neutrons 135Ba 6,592% 135Ba és estable amb 79 neutrons 136Ba 7,854% 136Ba és estable amb 80 neutrons 137Ba 11,23% 137Ba és estable amb 81 neutrons 138Ba 71,7% 138Ba és estable amb 82 neutrons

El bari és un element químic de la taula periòdica, situat al 6è període i al grup 2 dels alcalinoterris, el símbol del qual és Ba i el seu nombre atòmic és 56. L'element s'empra en metal·lúrgia i els seus composts en radiologia, en la producció de petroli i en pirotècnia.

Història

El 1774 el químic suec Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) descobrí una nova base, la barita o òxid de bari ${\ce {BaO}}$, com a component menor del mineral pirolusita, i a partir d'aquesta base preparà alguns cristalls de sulfat de bari ${\ce {BaSO4}}$, que envià al seu col·laborador el químic suec Johan Gottlieb Gahn (1745-1815), que havia descobert el manganès. Un mes després, Gahn trobà que el mineral baritina també estava compost per sulfat de bari. Una forma cristal·lina particular de baritina trobada a prop de Bolonya, Itàlia, a principis del segle XVII, després d’escalfar-se fortament amb carbó vegetal, brillà durant un temps després de l’exposició a la llum brillant. La fosforescència de les "pedres de Bolonya" era tan insòlita que cridà l'atenció de molts científics, inclòs Galileo Galilei (1564-1642). Només després que la bateria elèctrica estigués disponible, el químic anglès Humphry Davy (1778-1829) finalment aconseguí el 1808 aïllar l'element per electròlisi. El seu nom deriva del mineral baritina o barita, i aquest del grec βαρύς barýs 'pesant'.

Estat natural i obtenció

Baritina

El bari és un elements químic abundant, ordenats els elements per abundància ocupa la posició 14, amb una concentració mitjana a l'escorça terrestre de 500 ppm. També se'l troba dissolt en les aigües, l'oceà Atlàntic en té una concentració de 10 ppb i el Pacífic de 20 ppb.

A la naturalesa hom troba el bari en molts de minerals. Els que en contenen més d'un 50 % són: frankdicksonita 78,33 %, zhangpeishanita 71,21 %, witherita 65,29 %, alforsita 68,19 %, baritina 58,84 %, radiobaritina 58,83 %, barioperovskita 58,18 %, hashemita 55,30 %, muirita 54,36 %, fresnoïta 54,20 %, babeffita 52,91 %, nitrobarita 52,55 %, kampfita 50,96 % i sanbornita 50,21 %. El mineral més abundant és la baritina ${\ce {BaSO4}}$, d'on se'l extreu, i també de la witherita ${\ce {BaCO3}}$. La producció anual, el 2019, fou de 9500 milions de tones (Mt) de baritina, essent els principals productors: Xina 2900 Mt, Índia 2200 Mt, Marroc 1100 Mt, Kazakhstan 620 Mt, Iran 490 Mt, Laos 420 Mt i Mèxic 400 Mt. S'ha calculat que les reserves de bari superen els 400 milions de tones.

La producció comercial del bari depèn de l'electròlisi del clorur de bari ${\ce {BaCl2}}$ fus, però el mètode més eficaç és la reducció de l'òxid de bari ${\ce {BaO}}$ escalfant-lo amb alumini o silici en un buit elevat. També es pot utilitzar una barreja de monòxid de bari i peròxid de bari.

Propietats

Propietats físiques

El bari és un metall del grups dels alcalinoterris, que té una densitat de 3,51 g/cm³, un punt de fusió de 727 °C i un punt d'ebullició de 1870 °C. La seva estructura cristal·lina és cúbica centrada en el cos. És blan (duresa 1,25 en l'escala de Mohs), lleugerament més dur que el plom. Té un brillantor blanc platejat quan se'l talla.

Propietats químiques

La superfície de bari metall està coberta amb una fina capa d’òxid que ajuda a protegir el metall de l’atac de l’aire, però en menor mesura que la capa corresponent del magnesi. Un cop encès, el metall de bari es crema a l’aire per donar una barreja d’òxid de bari, ${\ce {BaO}}$ i nitrur de bari, ${\ce {Ba3N2}}$. L’òxid de bari es produeix més normalment escalfant el carbonat de bari ${\ce {BaCO3}}$. Aparentment, el superòxid de bari ${\ce {BaO2}}$ també es forma en aquesta reacció. El bari, tres llocs per sota del magnesi a la taula periòdica, és més reactiu amb l’aire que el magnesi.

Hidròxid de bari—aigua(1/8) ${\ce {Ba(OH)2*8H2O}}$

$${\ce {2Ba(s) + O2(g) -> 2BaO(s)}}$$

$${\ce {Ba(s) + O2(g) -> BaO2(s)}}$$

$${\ce {3Ba(s) + N2(g) -> Ba3N2(s)}}$$

Clorur de bari—aigua(1/2) ${\ce {BaCl2*2H2O}}$

El bari reacciona fàcilment amb l’aigua per formar hidròxid de bari ${\ce {Ba(OH)2}}$ i gas hidrogen ${\ce {H2}}$. La reacció és més ràpida que la d’estronci (immediatament per sobre del bari a la taula periòdica), però probablement més lenta que la del radi (immediatament per sota del bari a la taula periòdica).

$${\ce {Ba(s) + 2H2O(g) -> Ba(OH)2(aq) + H2(g)}}$$

El clor, el brom i el iodem reaccionen per formar clorur de bari ${\ce {BaCl2}}$, bromur de bari ${\ce {BaBr2}}$ i iodur de bari ${\ce {BaI2}}$, respectivament. Les reaccions amb brom i amb iode probablement requereixen calor.

$${\ce {Ba(s) + Cl2(g) -> BaCl2(s)}}$$

$${\ce {Ba(s) + Br2(g) -> BaBr2(s)}}$$

$${\ce {Ba(s) + I2(g) -> BaI2(s)}}$$

Isòtops

El bari natural és una barreja de sis isòtops estables: bari 138 (71,7 %), bari 137 (11,2 %), bari 136 (7,8 %), bari 135 (6,6 %), bari 134 (2,4 %) i bari 132 (0,10 %). El bari 130 (0,11 %) també es produeix de manera natural, però experimenta una desintegració radioactiva mitjançant una doble captura d’electrons amb un període de semidesintegració extremadament llarg, de més de 4×10²¹ anys, i també se'l pot considerar a la pràctica estable. Per altra banda es coneixen més de 30 radioisòtops de bari, amb un nombre màssic que varia entre 114 i 153. El radioisòtop bari 133 té el període de semidesintegració més alt, 10,5 anys, i s'empra com a font de referència de la radiació gamma.

Aplicacions

Medicina

Ènema de bari

En el procediment mèdic anomenat ènema de bari, que s'empra per a examinar la part inferior del aparell digestiu, al pacient se li administra un preparat amb sulfat de bari ${\ce {BaSO4}}$ que recobreix la capa interior de l'intestí i s'utilitza com a agent de contrast radiològic. Durant la radiografia, el revestiment de sulfat de bari absorbeix bona part dels raigs X i posa de manifest les zones lesionades.

Indústria química

Focs artificials verds

El sulfat de bari s'empra com a additiu en l'elaboració de cautxú (guants, joguines, pneumàtics i gomes d'esborrar) per a augmentar-ne l'elasticitat. S'empra també en la producció de llots de perforació per a lubricar l'eina de perforació i millorar la sostenibilitat de les parets dels pous d'extracció de petroli, gas i aigua. Mesclat amb sulfur de zinc ${\ce {ZnS}}$ en proporcions semblants dóna el pigment blanc conegut com a litopó o blanc de zinc, que s'utilitza en pintures i esmalts per a obtenir recobriments que no s'enfosqueixin en contacte amb sulfurs. S'utilitza en la producció de paper-cartolina perquè hi aporta resistència i densitat. S'usa com additiu en la preparació de formigons baritats, que s'empren en la construcció dels murs i laberints dels acceleradors lineals, per a evitar la fuga de radiacions.

El nitrat de bari ${\ce {Ba(NO3)2}}$ i el clorat de bari ${\ce {Ba(ClO3)2}}$ s'empren per generar el color verd als focs d'artifici i a les bengales.

El peròxid de bari ${\ce {BaO2}}$s'empra en el blanqueig de substàncies animals, fibres vegetals i palla; com a decolorant del vidre; en la producció de peròxid d’hidrogen ${\ce {H2O2}}$ i oxigen ${\ce {O2}}$; en càtodes de làmpades fluorescents; per a tenyir i imprimir tèxtils; amb alumini en pols en soldadura; en composicions d'ignífers; com a agent oxidant en síntesi de química orgànica.

Indústria del vidre i la ceràmica

El carbonat de bari ${\ce {BaCO3}}$ s'utilitza en la fabricació del vidre, ja que n'augmenta l'índex de refracció i la lluïssor. Del carbonat s'obté el titanat de bari ${\ce {BaTiO4}}$, compost útil en la fabricació de ceràmiques amb propietats dielèctriques elevades.

Toxicitat

Witherita

El bari té una mobilitat limitada al medi, ja que tendeix a formar compostos insolubles en condicions comunes de la superfície terrestre i no forma complexos orgànics solubles. El bari alliberat dels minerals durant la intempèrie tendeix a precipitar-se com a sulfat de bari ${\ce {BaSO4}}$(mineral baritina), com a carbonat de bari ${\ce {BaCO3}}$ (mineral witherita) o altres minerals o a adsorbir-se sobre minerals d'argila, òxids o hidròxids. La barita és pràcticament insoluble en ambients oxidants i és altament resistent a la intempèrie. La solubilitat de la majoria de compostos de bari augmenta a mesura que les condicions es tornen reduïdes o àcides.

No hi ha proves d'efectes toxicològics adversos del bari en plantes o vida salvatge a prop de mines de baritina o en altres llocs. El bari només s'acumula lleugerament de sòl a planta i de planta a animal; tanmateix, s'ha demostrat que els alts continguts de bari del sòl inhibeixen el creixement d'algunes plantes terrestres. Als Estats Units, s’ha proposat una pauta de detecció de sòls de 500 ppm per a la fitotoxicitat, però aquesta referència només té dades limitades per suportar-la. Alguns compostos de bari solubles són tòxics per als animals; per exemple, el carbonat de bari ${\ce {BaCO3}}$, el mineral witherita, és prou tòxic que s’utilitza com a rodenticida.

Enllaços externs

• webelements.com - Bari (anglès).
• environmentalchemistry.com - Bari (anglès).

Viccionari