باريوم

Barium -

الباريوم

هيام بيرقدار

خواصه الفيزيائية واستحصاله

خواصه الكيميائية

أهم مركبات الباريوم

الباريوم barium عنصر كيميائي في فصيلة المعادن القلوية الترابية alkaline earth metals الفصيلة 2 (IIA) في الجدول الدوري، رمزه Ba وعدده الذري 56. يوجد في الطبيعة على شكل مركبات، وهو مزيج من نظائر يراوح عددها الكتلي بين 130 و 138، والنظير 138 هو الغالب (قرابة 72 %).

عُرفت مركبات الباريوم منذ القرن السابع عشر، ولكن تمييزه من المعادن القلوية الترابية الأخرى تمّ على يد الكيميائي السويدي شيليه C.W. Scheele وعالم البلورات والفلزات السويدي غان J. G. Gahn بين عامي 1774 و1779؛ فقد بيّن هذان العالمان أن فلزه الباريت (barite أو heavy spar) مكوَّن من كبريتات الباريوم BaSO₄ واستطاع الكيميائي الإنكليزي ديڤي Davy عام 1808 عزل معدن الباريوم من فلز «الباريتا» baryta (BaO).

خواصه الفيزيائية واستحصاله

الباريوم معدن لين فضي اللون شديد الفعالية الكيميائية لا يوجد في الطبيعة بشكل حر بل مركب، ويأتي في المرتبة الرابعة عشرة وفرة من العناصر الموجودة في القشرة الأرضية (2000/1 من هذه القشرة).

يستحصل الباريوم بإرجاع (اختزال) أكسيده بمعدن الألمنيوم بالتسخين في معوجة مخلاة من الهواء evacuated retort؛ أو بالتحليل الكهربائي لمصهور كلوريده للحصول عليه بكميات محدودة. يُستحصل منه سنوياً في العالم 20-30 طناً، سعر الكيلو غرام منه 1500 دولار. ولا يستعمل من الباريوم سوى 7 بالمئة فقط لاستحصال مركباته. ويبين الجدول (1) أهم خواصه الفيزيائية.

الجدول (1) أهم الخواص الفيزيائية للباريوم.

التشكيل الإلكتروني 6S2[Xe].

الكهرسلبية (بحسب مقياس بولنغ) 0.89.

الكتلة الذرية النسبية 137.327.

نصف قطر الإيون Ba2+ بعدد تساندي 6: 135.6.بيكومتر.

كمون نصف التفاعل E ˚(فولط) -2.916

درجة الانصهار 739 ° س.

درجة الغليان 1805 ° س.

حرارة الانصهار (كيلو جول/مول) 7.8.

حرارة التبخير (كيلوجول/ مول) 136.

كتلة واحدة الحجوم (عند الدرجة 20 °س) 3.59 غ/سم3.

طاقة كمون التأين (كيلو جول/مول) 502.9(الأول)،1064.2 (الثاني).

نصف القطر الذري (بيكومتر) 222.

يتألف الباريوم في الطبيعة من سبعة نظائر غير مشعة (مستقرة) ¹³⁸Ba (71.66%)، ¹³⁷Ba (11.32%)، ¹³⁶Ba (7.81%)، ¹³⁵Ba (6.59%)، ¹³⁴Ba (2.42%)، ¹³⁰Ba (0.101%)، ¹³²Ba (0.097%). كما حضِّر له مثلا هذا العدد من النظائر المشعة التي تراوحت أعدادها الكتلية بين 126 و143.

ليس لهذا المعدن الصافي استعمالات عامة تُذكر، ويمكن شغلُه وتصنيفه ضمن سبيكة معدنية تستعمل في صناعة الأنابيب المُفرَّغة من الهواء؛ وكذلك في صناعة المواد المزلِّقة (المشحِّمة) في الأجهزة الإلكترونية. وهو وأملاحه يعطيان اللهب لوناً أخضر عندما يتعرضان للنار، وهو معدن سام وكذلك معظم مركباته (عدا كبريتات الباريوم).

تحتوي مياه الشرب على كميات ضئيلة من أملاح الباريوم المنحلة. وتركيز هذه الأملاح في مياه الشرب لا يتجاوز عموماً 0.1 ملغ/ل. وأملاح الباريوم المنحلّة في الماء شديدة السُمِّية. كما وإن التعرض للغبار الحاوي تراكيز كبيرة نسبياً من هذه الأملاح شديد الخطورة على صحة العمال الذين يستنشقونه.

خواصه الكيميائية

الباريوم معدن فعّال جداً فهو يفكك الماء والحموض وينطلق الهدروجين ومركباته مع العناصر الكهرسلبية ذات خواص إيونية. وهو يتحد مع الأكسجين عند الدرجة العادية من الحرارة ويتكون الأكسيد BaO، وعندما يكون الباريوم بشكل مسحوق جاف فإنه يلتهب تلقائياً عند درجة الحرارة العادية، وينشط التفاعل بشدة بتسخين المعدن. والأكسيد ذو خواص أساسية (قاعدية) واضحة. يتفاعل الباريوم مع الكحولات مع انطلاق الهدروجين (المعادلة 1).

يتفاعل الباريوم مع اللامعادن، فهو يتحد للحال مع الآزوت (النتروجين) ويكوّن النتريد ، كما يشكل مع الكربون كربيد الباريوم. ينحل الباريوم بالنشادر السائل ويصبح اللون أزرق مسوداً حيث يتشكل الذي يمكن الحصول عليه نقياً بالتبخير. وهذا يتفكك(خاصة بوجود حفّاز) ويتكون الأميد (المعادلة2).

يتفاعل معدن الباريوم مباشرة مع ضروب متعدد الإتر polyethers، فهو يتفاعل على سبيل المثال، مع متعدد (إتلين غليكول) دي متيل إتر poly (ethylene glycol) dimethyl ether في رباعي هدروفوران tetrahydrofuran (اختصاراً thf) ويتكوّن المركب حيث n تساوي 2 أو 3، ومن أجل 2 يكون العدد التساندي للباريوم 6، ومن أجل 3 فإنه يكون 8 وقد عُزلت هذه المركبات عام 1991.

يكوِّن الباريوم بعض المركبات المعدنية العضوية organometallic، وصيغتها BaR₂ حيث R = [الإتيل ethyl()، أو الألّيل allyl ()]، أو الفنيل Ph ()، أو البنزيل benzyl (). وتحضّر هذه المركبات باستعمال بشروط مناسبة، وغالباً مايتم التفاعل عند درجات حرارة منخفضة.

أهم مركبات الباريوم

- كبريتات الباريوم: تُعد كبريتات الباريوم (الباريت) أهم فلزات هذا المعدن، ويُستحصل عليها بكميات تجارية في أكثر من 40 بلداً في العالم. وقد بلغ إنتاجها ستة ملايين طن عام 1985، منها 40 % في الولايات المتحدة الأمريكية. ويستعمل هذا الفلز على نحو رئيسي (نحو 92 %) في تحضير وحل طيني يستخدم في حفر الآبار وخصوصاً البترولية.

تستعمل كبريتات الباريوم أيضاً مادة مالئة في المنتجات المطاطية وفي صناعة الدهانات أيضاً. وأحد أشكاله البلورية عاتم لأشعة إكس X (رونتجن)، فيستخدم لذلك في الفحص الطبي الشعاعي للأمعاء.

- كرومات الباريوم: ملح بلوري صلب أصفر اللون، ضعيف الانحلال في الماء (نحو 0.004 غ/ل)، ويستعمل مادة صباغية.

- تيتانات الباريوم: مادة خزفية ذات أغراض صناعية أهمها صناعة الحواسب الرقمية.

- خلات الباريوم المائية: مادة بلورية شديدة السمّية، حلولة في الماء ولا تنحل في الكحول، وتستعمل سماً للقوارض.

- برومات الباريوم المائية: مادة بلورية حلولة في الماء، تستعمل مؤكسداً.

- كربونات الباريوم: ملح غير منحل في الماء، يُستحصل عليه بإضافة كربونات قلوية إلى محلول أي ملح باريوم حلول في الماء. وهذا الملح موجود في الطبيعة أيضاً، وهو يتفكك عند تسخينه إلى الدرجة 1360ﹾس مطلقاً غاز ثنائي أكسيد الكربون. وتستعمل كربونات الباريوم أيضاً سُمَّاً للتخلص من الفئران والجرذان.

- كلورات الباريوم المائية : ملح بلوري أبيض اللون يستعمل في الألعاب النارية للحصول على اللون الأخضر الناري، كما يستعمل في عمليات الصباغة.

- كلوريد الباريوم المائي : يستحصل عليه بحل كربونات الباريوم في حمض كلور الماء وتبخير الماء من المحلول الناتج. ويستعمل للحصول على معدن الباريوم بوساطة التحليل الكهربائي. وهو ذو استعمالات كثيرة في صناعة السيراميك والأصبغة العضوية ودباغة الجلود وسموم القوارض وغيرها.

يُعرف للباريوم هاليدات توافق التكافؤ +1 صيغتها BaX، تستحصل بتسخين BaX₂ مع الباريوم مباشرة عند درجة حرارة عالية. وBaX تتفكك للحال بعد تحضيرها إذا بردت ببطء. ويُمكن الحفاظ عليها مدة طويلة بشكل بلورات، وهي مواد مرجعة (مختزلة) قوية فهي تفكك الماء.

- هدروكسيد الباريوم: يتشكَّل بفعل هدروكسيد الصوديوم في محلول ملح باريوم حلول في الماء. ويمكن أن يتبلور مع جزيء واحد أو 3 جزيئات أو 8 جزيئات من الماء. وهو محلول قلوي قوي يستعمل في التحليل الحجمي. وبتسخينه إلى درجة الحرارة الحمراء يتكون أكسيد الباريوم BaO.

- نترات الباريوم: تتشكل بفعل حمض الآزوت في أكسيد الباريوم، ويمكن أن يتبلور مع عدد من جزيئات الماء ليشكل ملحاً بلورياً شفافاً. يستعمل في صناعة الألعاب النارية.

- فوق أكسيد الباريوم barium peroxide (): يستحصل عليه بتسخين أكسيد الباريوم BaO في جو من الأكسجين الجاف عند الدرجة 550 °س. يحوي في بنيته الإيون O₂^-2 ويعطي بتفاعله مع الحموض الماء الأكسجيني والملح الموافق. ويستخدم صناعياً للحصول على الماء الأكسجيني بتفاعله مع حمض الكبريت (المعادلة 3).

- ويكوّن الباريوم أكسيداً عالياً صيغته بلون أصفر يختلف عن فوق الأكسيد باحتوائه على الإيون -(O₂) ( فيعطي بتفاعله مع الحموض الأكسجين وماء أكسجيني (المعادلة4).

مراجع للاستزادة: - F. A. Cotton et al., Advanced Inorganic Chemistry, Wiley Interscience, 1999. - C. E. Housecroft, A. G. Sharpe, Inorganic Chemistry, Prentice Hall, 2001. - G. L. Miessler, Inorganic Chemistry, Prentice Hall, 2003. - P. G. Nelson, Introduction to Inorganic Chemistry, Peter G. Nelson & Ventos Publishing APS, 2011.

---

- التصنيف : الكيمياء والفيزياء - النوع : الكيمياء والفيزياء - المجلد : المجلد الرابع مشاركة :