Ба́рий (лат. Barium), Ba, химический элемент II группы короткой формы (2-й группы длинной формы) периодической системы; относится к щёлочноземельным металлам; атомный номер 56, атомная масса 137,327. В природе 7 стабильных нуклидов, среди которых преобладает ¹³⁸Ba (71,7 %); около 30 нуклидов получены искусственно.

Историческая справка

Барий в виде оксида открыл в 1774 г. К. Шееле, который обнаружил неизвестную ранее «землю», позже названную «тяжёлой землёй» – баритом (от греч. βαρύς – тяжёлый). В 1808 г. Г. Дэви получил металлический барий в виде амальгамы электролизом расплавленных солей.

Минерал барит. Шварцвальд (Германия).Минерал барит. Шварцвальд (Германия).

Распространённость в природе

Содержание бария в земной коре составляет 5·10^–2 % по массе. Вследствие высокой химической активности в свободном виде не встречается. Основные минералы: барит BaSO₄ и витерит BaCO₃. Мировое производство BaSO₄ около 8,2 млн т/год (2020).

Свойства

Конфигурация внешней электронной оболочки атома бария 6s²; в соединениях проявляет степень окисления +2, редко +1; электроотрицательность по Полингу 0,89; атомный радиус 217,3 пм, радиус иона Ba²⁺ 149 пм (координационное число 6). Энергия ионизации Ba⁰→Ba⁺→Ba²⁺ 502,8 и 965,1 кДж/моль. Стандартный электродный потенциал пары Ba²⁺/Ba в водном растворе –2,906 B.

Барий – серебристо-белый ковкий металл; t_пл 729 °С, t_кип 1637 °С. При нормальном давлении кристаллическая решётка бария кубическая объёмноцентрированная; при 19 °С и 5530 МПа образуется гексагональная модификация. При 293 К плотность бария 3594 кг/м³, теплопроводность 18,4 Вт/(м·К), электрическое сопротивление 5·10^–7 Ом·м. Барий парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость 1,9·10^–9 м³/кг.

Металлический барий быстро окисляется на воздухе; его хранят в керосине или под слоем парафина. Барий взаимодействует при обычной температуре с кислородом, образуя оксид бария BaO, и с галогенами, образуя галогениды. Прокаливанием BaO в токе кислорода или воздуха при 500 °C получают пероксид BaO₂ (разлагается до BaO при 800 °C). Для реакций с азотом и водородом необходимо нагревание, продуктами реакций являются нитрид Ba₃N₂ и гидрид BaH₂. Барий реагирует с парáми воды даже на холоде; в воде энергично растворяется, давая гидроксид Ba(OH)₂, обладающий свойствами щелочей. С разбавленными кислотами барий образует соли. Из наиболее широко используемых солей бария растворимы в воде: хлорид BaCl₂ и другие галогениды, нитрат Ba(NO₃)₂, хлорат Ba(ClO₃)₂, ацетат Ba(OOCCH₃)₂, сульфид BaS; плохо растворимы – сульфат BaSO₄, карбонат BaCO₃, хромат BaCrO₄. Барий восстанавливает оксиды, галогениды и сульфиды многих металлов до соответствующего металла. С большинством металлов барий образует сплавы, иногда сплавы содержат интерметаллиды. Так, в системе Ba – Al обнаружены BaAl, BaAl₂, BaAl₄.

Растворимые соли бария токсичны; практически нетоксичен BaSO₄.

Получение

Основное сырьё для производства бария – баритовый концентрат (80–95 %) BaSO₄, который восстанавливают каменным углем, коксом или природным горючим газом; образующийся сульфид бария перерабатывают в другие соли этого элемента. Прокаливанием соединений бария получают BaO. Технически чистый металлический барий (96–98 % по массе) получают термическим восстановлением оксида BaO порошком Al. Перегонкой в вакууме барий очищают до содержания примесей менее 10^–4 %, зонной плавкой – до 10^–6 %. Другой способ получения бария из BaO – электролиз расплава оксида. Небольшие количества бария получают восстановлением бериллата BaBeO₂ при 1300 °С титаном.

Применение

Барий используют как раскислитель меди и свинца, в качестве присадки к антифрикционным сплавам, чёрным и цветным металлам, а также к сплавам, применяемым для изготовления типографских шрифтов с целью увеличения их твёрдости. Из сплавов бария с никелем изготовляют электроды запальных свечей в двигателях внутреннего сгорания и в радиолампах. Сплав бария с алюминием – альба, содержащий 56 % Ba, основа геттеров. Металлический барий – материал для анодов в химических источниках тока. Активной частью большинства термоэмиссионных катодов является оксид бария. Пеpоксид бария используют в качестве окислителя, отбеливателя, в пиротехнике; ранее его применяли для регенерации кислорода из CO₂. Гексаферрит бария BaFe₁₂O₁₉ – перспективный материал для использования в устройствах хранения информации; BaFe₁₂O₁₉ применяют для изготовления постоянных магнитов. BaSO₄ вводят в буровые растворы при добыче нефти и газа. Титанат бария BaTiO₃ – один из важнейших сегнетоэлектриков. Нуклид ¹⁴⁰Ba (β-излучатель, период полураспада T_1/2 12,8 суток) – изотопный индикатор, используемый для исследования соединений бария. Поскольку соединения бария хорошо поглощают рентгеновское и γ-излучение, их вводят в состав защитных материалов рентгеновских установок и ядерных реакторов. BaSO₄ применяют как контрастное вещество для рентгенологических исследований желудочно-кишечного тракта.