Ķīmijas maģiskajā pasaulē,bārijsvienmēr ir piesaistījis zinātnieku uzmanību ar savu unikālo šarmu un plašo pielietojumu. Lai gan šis sudrabaini baltais metāla elements nav tik žilbinošs kā zelts vai sudrabs, tam ir neaizstājama loma daudzās jomās. Sākot ar precīzijas instrumentiem zinātniskās pētniecības laboratorijās un beidzot ar galvenajām izejvielām rūpnieciskajā ražošanā un diagnostikas reaģentiem medicīnas jomā, bārijs ar savām unikālajām īpašībām un funkcijām ir radījis ķīmijas leģendu.
Jau 1602. gadā Kasio Lauro, kurpnieks Itālijas pilsētā Porrā, eksperimenta ietvaros apgrauzdēja bārija sulfātu saturošu barītu ar degošu vielu un bija pārsteigts, atklājot, ka tas var spīdēt tumsā. Šis atklājums tolaik izraisīja lielu zinātnieku interesi, un akmens tika nosaukts par Porras akmeni, un tas kļuva par Eiropas ķīmiķu pētījumu objektu.
Tomēr tieši zviedru ķīmiķis Šīle patiesi apstiprināja, ka bārijs ir jauns elements. Viņš atklāja bārija oksīdu 1774. gadā un nosauca to par "barītu" (smago zemi). Viņš rūpīgi pētīja šo vielu un uzskatīja, ka tā sastāv no jaunas zemes (oksīda) apvienojumā ar sērskābi. Divus gadus vēlāk viņš veiksmīgi uzkarsēja šīs jaunās augsnes nitrātu un ieguva tīru oksīdu.
Tomēr, lai gan Šīle atklāja bārija oksīdu, tikai 1808. gadā britu ķīmiķis Deivijs veiksmīgi ieguva bārija metālu, elektrolizējot no barīta iegūtu elektrolītu. Šis atklājums oficiāli apstiprināja bāriju kā metālisku elementu un pavēra ceļu bārija pielietošanai dažādās jomās.
Kopš tā laika cilvēki ir nepārtraukti padziļinājuši savu izpratni par bāriju. Zinātnieki ir pētījuši dabas noslēpumus un veicinājuši zinātnes un tehnoloģiju attīstību, pētot bārija īpašības un uzvedību. Bārija pielietojums zinātniskajā pētniecībā, rūpniecībā un medicīnas jomā ir kļuvis arvien plašāks, ienesot ērtības un komfortu cilvēku dzīvē. Bārija šarms slēpjas ne tikai tā praktiskumā, bet arī zinātniskajā noslēpumā, kas slēpjas aiz tā. Zinātnieki ir nepārtraukti pētījuši dabas noslēpumus un veicinājuši zinātnes un tehnoloģiju attīstību, pētot bārija īpašības un uzvedību. Tajā pašā laikā bārijs nemanāmi spēlē lomu arī mūsu ikdienas dzīvē, ienesot ērtības un komfortu.
Dosimies šajā maģiskajā bārija izpētes ceļojumā, atklāsim tā noslēpumaino plīvuru un novērtēsim tā unikālo šarmu. Šajā rakstā mēs vispusīgi iepazīstināsim ar bārija īpašībām un pielietojumu, kā arī tā nozīmīgo lomu zinātniskajā pētniecībā, rūpniecībā un medicīnā. Es uzskatu, ka, izlasot šo rakstu, jūs iegūsiet dziļāku izpratni un zināšanas par bāriju.
1. Bārija pielietojuma lauki
Bārijs ir izplatīts ķīmiskais elements. Tas ir sudrabaini balts metāls, kas dabā pastāv dažādu minerālu veidā. Tālāk ir norādīti daži bārija ikdienas lietojumi.
Degšana un luminiscence: bārijs ir ļoti reaģētspējīgs metāls, kas, nonākot saskarē ar amonjaku vai skābekli, rada spilgtu liesmu. Tas padara bāriju plaši izmantojamu tādās nozarēs kā uguņošanas ierīču ražošana, signālraķetes un fosfora ražošana.
Medicīnas nozare: Bārija savienojumus plaši izmanto arī medicīnas nozarē. Bārija miltus (piemēram, bārija tabletes) izmanto kuņģa-zarnu trakta rentgena izmeklējumos, lai palīdzētu ārstiem novērot gremošanas sistēmas darbību. Bārija savienojumus izmanto arī dažās radioaktīvās terapijās, piemēram, radioaktīvo jodu vairogdziedzera slimību ārstēšanai.
Stikls un keramika: Bārija savienojumus bieži izmanto stikla un keramikas ražošanā, pateicoties to labai kušanas temperatūrai un izturībai pret koroziju. Bārija savienojumi var uzlabot keramikas cietību un izturību, kā arī nodrošināt dažas īpašas keramikas īpašības, piemēram, elektrisko izolāciju un augstu refrakcijas indeksu.
Metāla sakausējumi: Bārijs var veidot sakausējumus ar citiem metāla elementiem, un šiem sakausējumiem piemīt dažas unikālas īpašības. Piemēram, bārija sakausējumi var paaugstināt alumīnija un magnija sakausējumu kušanas temperatūru, padarot tos vieglāk apstrādājamus un liejamus. Turklāt bārija sakausējumi ar magnētiskām īpašībām tiek izmantoti arī akumulatoru plākšņu un magnētisko materiālu izgatavošanai.
Bārijs ir ķīmiskais elements ar ķīmisko simbolu Ba un atomskaitli 56. Bārijs ir sārmzemju metāls, kas pieder periodiskās tabulas 6. grupai, galvenajiem grupas elementiem.
2. Bārija fizikālās īpašības
Bārijs (Ba)ir sārmzemju metāls. 1. Izskats: Bārijs ir mīksts, sudrabaini balts metāls ar izteiktu metālisku spīdumu pēc griešanas.
2. Blīvums: Bārijam ir relatīvi augsts blīvums — aptuveni 3,5 g/cm³. Tas ir viens no blīvākajiem metāliem uz Zemes.
3. Kušanas un viršanas temperatūras: Bārija kušanas temperatūra ir aptuveni 727 °C, un viršanas temperatūra ir aptuveni 1897 °C.
4. Cietība: Bārijs ir relatīvi mīksts metāls ar Mosa cietību aptuveni 1,25 pie 20 grādiem pēc Celsija.
5. Vadītspēja: Bārijs ir labs elektrības vadītājs ar augstu elektrovadītspēju.
6. Plastiskums: Lai gan bārijs ir mīksts metāls, tam piemīt zināma plastiskuma pakāpe, un to var pārstrādāt plānās loksnēs vai stieplēs.
7. Ķīmiskā aktivitāte: Bārijs istabas temperatūrā spēcīgi nereaģē ar lielāko daļu nemetālu un daudziem metāliem, bet augstā temperatūrā un gaisā tas veido oksīdus. Tas var veidot savienojumus ar daudziem nemetāliskiem elementiem, piemēram, oksīdiem, sulfīdiem utt.
8. Esības formas: Zemes garozā esošie bāriju saturoši minerāli, piemēram, barīts (bārija sulfāts) u. c. Bārijs dabā var pastāvēt arī hidrātu, oksīdu, karbonātu u. c. veidā.
9. Radioaktivitāte: Bārijam ir dažādi radioaktīvie izotopi, starp kuriem bārijs-133 ir izplatīts radioaktīvs izotops, ko izmanto medicīniskajā attēlveidošanā un kodolmedicīnā.
10. Pielietojums: Bārija savienojumus plaši izmanto rūpniecībā, piemēram, stikla, gumijas, ķīmiskās rūpniecības katalizatoru, elektronu lampu u. c. ražošanā. Tā sulfātu bieži izmanto kā kontrastvielu medicīniskajās pārbaudēs. Bārijs ir svarīgs metāla elements, un tā īpašības padara to plaši izmantojamu daudzās jomās.
3. Bārija ķīmiskās īpašības
Metāliskas īpašības: Bārijs ir metāliska cietviela ar sudrabaini baltu izskatu un labu elektrovadītspēju.
Blīvums un kušanas temperatūra: bārijs ir relatīvi blīvs elements ar blīvumu 3,51 g/cm3. Bārijam ir zema kušanas temperatūra — aptuveni 727 grādi pēc Celsija (1341 grāds pēc Fārenheita).
Reaģētspēja: Bārijs ātri reaģē ar lielāko daļu nemetālisko elementu, īpaši ar halogēniem (piemēram, hloru un bromu), veidojot atbilstošus bārija savienojumus. Piemēram, bārijs reaģē ar hloru, veidojot bārija hlorīdu.
Oksidējamība: Bāriju var oksidēt, veidojot bārija oksīdu. Bārija oksīdu plaši izmanto tādās nozarēs kā metālu kausēšana un stikla ražošana. Augsta aktivitāte: Bārijam ir augsta ķīmiskā aktivitāte, un tas viegli reaģē ar ūdeni, atbrīvojot ūdeņradi un veidojot bārija hidroksīdu.
4. Bārija bioloģiskās īpašības
Loma un bioloģiskās īpašībasbārijsorganismos nav pilnībā izprasta, taču ir zināms, ka bārijam piemīt zināma toksicitāte organismiem.
Uzņemšanas ceļš: Cilvēki galvenokārt uzņem bāriju ar pārtiku un dzeramo ūdeni. Daži pārtikas produkti, piemēram, graudaugi, gaļa un piena produkti, var saturēt nelielu daudzumu bārija. Turklāt gruntsūdeņi dažreiz satur lielāku bārija koncentrāciju.
Bioloģiskā absorbcija un metabolisms: Bāriju var absorbēt organismi, un tas var izplatīties organismā caur asinsriti. Bārijs galvenokārt uzkrājas nierēs un kaulos, īpaši lielākā koncentrācijā kaulos.
Bioloģiskā funkcija: Bārijam vēl nav konstatētas būtiskas fizioloģiskas funkcijas organismos. Tāpēc bārija bioloģiskā funkcija joprojām ir pretrunīga.
5. Bārija bioloģiskās īpašības
Toksicitāte: Augsta bārija jonu vai bārija savienojumu koncentrācija ir toksiska cilvēka organismam. Pārmērīga bārija uzņemšana var izraisīt akūtas saindēšanās simptomus, tostarp vemšanu, caureju, muskuļu vājumu, aritmiju utt. Smaga saindēšanās var izraisīt nervu sistēmas bojājumus, nieru bojājumus un sirds problēmas.
Kaulu uzkrāšanās: Bārijs var uzkrāties cilvēka ķermeņa kaulos, īpaši gados vecākiem cilvēkiem. Ilgstoša bārija iedarbība augstā koncentrācijā var izraisīt kaulu slimības, piemēram, osteoporozi.
Ietekme uz sirds un asinsvadu sistēmu: Bārijs, tāpat kā nātrijs, var ietekmēt jonu līdzsvaru un elektrisko aktivitāti, ietekmējot sirds darbību. Pārmērīga bārija uzņemšana var izraisīt sirds ritma traucējumus un palielināt sirdslēkmes risku.
Kancerogenitāte: Lai gan joprojām pastāv strīdi par bārija kancerogenitāti, daži pētījumi liecina, ka ilgstoša iedarbība uz augstām bārija koncentrācijām var palielināt dažu vēža veidu, piemēram, kuņģa vēža un barības vada vēža, risku. Bārija toksicitātes un potenciālā bīstamības dēļ cilvēkiem jābūt uzmanīgiem, lai izvairītos no pārmērīgas bārija uzņemšanas vai ilgstošas iedarbības uz augstām bārija koncentrācijām. Bārija koncentrācija dzeramajā ūdenī un pārtikā ir jāuzrauga un jākontrolē, lai aizsargātu cilvēku veselību. Ja jums ir aizdomas par saindēšanos vai rodas ar to saistīti simptomi, nekavējoties meklējiet medicīnisko palīdzību.
6. Bārijs dabā
Bārija minerāli: Bārijs Zemes garozā var pastāvēt minerālu veidā. Daži izplatīti bārija minerāli ir barīts un viterīts. Šīs rūdas bieži sastopamas kopā ar citiem minerāliem, piemēram, svinu, cinku un sudrabu.
Izšķīdināts gruntsūdeņos un iežos: Bārijs var atrasties gruntsūdeņos un iežos izšķīdušā stāvoklī. Gruntsūdeņi satur nelielu daudzumu izšķīduša bārija, un tā koncentrācija ir atkarīga no ģeoloģiskajiem apstākļiem un ūdenstilpes ķīmiskajām īpašībām. Bārija sāļi: Bārijs var veidot dažādus sāļus, piemēram, bārija hlorīdu, bārija nitrātu un bārija karbonātu. Šie savienojumi dabā var pastāvēt kā dabiski minerāli.
Saturs augsnē:Bārijsvar pastāvēt augsnē dažādās formās, no kurām dažas rodas, izšķīstot dabīgām minerālu daļiņām vai iežiem. Bārija saturs augsnē parasti ir zems, bet atsevišķos apgabalos var būt augsta bārija koncentrācija.
Jāatzīmē, ka bārija forma un saturs var atšķirties dažādās ģeoloģiskās vidēs un reģionos, tāpēc, apspriežot bāriju, jāņem vērā specifiski ģeogrāfiskie un ģeoloģiskie apstākļi.
7. Bārija ieguve un ražošana
Bārija ieguves un sagatavošanas process parasti ietver šādus soļus:
1. Bārija rūdas ieguve: Bārija rūdas galvenais minerāls ir barīts, kas pazīstams arī kā bārija sulfāts. Tas parasti atrodas Zemes garozā un ir plaši izplatīts iežos un minerālu atradnēs uz Zemes. Ieguves rūpniecība parasti ietver tādus procesus kā spridzināšana, ieguve, drupināšana un rūdas šķirošana, lai iegūtu rūdas, kas satur bārija sulfātu.
2. Koncentrāta sagatavošana: Bārija ieguvei no bārija rūdas ir nepieciešama rūdas koncentrāta apstrāde. Koncentrāta sagatavošana parasti ietver manuālu atlasi un flotācijas darbības, lai atdalītu piemaisījumus un iegūtu rūdu, kas satur vairāk nekā 96% bārija sulfāta.
3. Bārija sulfāta sagatavošana: Koncentrātu pakļauj tādām darbībām kā dzelzs un silīcija atdalīšana, lai iegūtu bārija sulfātu (BaSO4).
4. Bārija sulfīda sagatavošana: Lai no bārija sulfāta iegūtu bāriju, bārija sulfāts jāpārveido par bārija sulfīdu jeb melnajiem pelniem. Bārija sulfāta rūdas pulveris, kura daļiņu izmērs ir mazāks par 20 mesh, parasti tiek sajaukts ar ogļu vai naftas koksa pulveri svara attiecībā 4:1. Maisījumu apdedzina 1100 ℃ temperatūrā reverberācijas krāsnī, un bārija sulfāts tiek reducēts līdz bārija sulfīdam.
5. Bārija sulfīda izšķīdināšana: Bārija sulfāta bārija sulfīda šķīdumu var iegūt, izskalojot karstā ūdenī.
6. Bārija oksīda sagatavošana: Lai bārija sulfīdu pārvērstu bārija oksīdā, bārija sulfīda šķīdumam parasti pievieno nātrija karbonātu vai oglekļa dioksīdu. Pēc bārija karbonāta un oglekļa pulvera sajaukšanas kalcinēšana virs 800 ℃ var radīt bārija oksīdu.
7. Dzesēšana un apstrāde: Jāatzīmē, ka bārija oksīds oksidējas, veidojot bārija peroksīdu 500–700 ℃ temperatūrā, un bārija peroksīds 700–800 ℃ temperatūrā var sadalīties, veidojot bārija oksīdu. Lai izvairītos no bārija peroksīda veidošanās, kalcinētais produkts ir jāatdzesē vai jārūda inertas gāzes aizsardzībā.
Iepriekš minētais ir vispārīgais bārija elementa ieguves un sagatavošanas process. Šie procesi var atšķirties atkarībā no rūpnieciskā procesa un iekārtas, taču kopējie principi paliek nemainīgi. Bārijs ir svarīgs rūpnieciskais metāls, ko izmanto dažādos pielietojumos, tostarp ķīmiskajā rūpniecībā, medicīnā, elektronikā un citās jomās.
8. Bārija elementa izplatītākās noteikšanas metodes
Bārijsir izplatīts elements, ko plaši izmanto dažādos rūpnieciskos un zinātniskos pielietojumos. Analītiskajā ķīmijā bārija noteikšanas metodes parasti ietver kvalitatīvo analīzi un kvantitatīvo analīzi. Tālāk sniegts detalizēts ievads par bieži izmantotajām bārija elementa noteikšanas metodēm:
1. Liesmas atomu absorbcijas spektrometrija (FAAS): šī ir plaši izmantota kvantitatīvās analīzes metode, kas piemērota paraugiem ar augstāku koncentrāciju. Parauga šķīdumu iesmidzina liesmā, un bārija atomi absorbē noteikta viļņa garuma gaismu. Absorbētās gaismas intensitāte tiek mērīta, un tā ir proporcionāla bārija koncentrācijai.
2. Liesmas atomu emisijas spektrometrija (FAES): šī metode nosaka bāriju, izsmidzinot parauga šķīdumu liesmā, ierosinot bārija atomus, lai tie izstarotu noteikta viļņa garuma gaismu. Salīdzinot ar FAAS, FAES parasti izmanto zemāku bārija koncentrāciju noteikšanai.
3. Atomfluorescences spektrometrija (AAS): šī metode ir līdzīga FAAS, bet bārija klātbūtnes noteikšanai izmanto fluorescences spektrometru. To var izmantot, lai izmērītu bārija niecīgos daudzumos.
4. Jonu hromatogrāfija: šī metode ir piemērota bārija analīzei ūdens paraugos. Bārija jonus atdala un nosaka ar jonu hromatogrāfijas palīdzību. To var izmantot, lai mērītu bārija koncentrāciju ūdens paraugos.
5. Rentgenstaru fluorescences spektrometrija (XRF): šī ir nesagraujoša analītiskā metode, kas piemērota bārija noteikšanai cietos paraugos. Pēc tam, kad paraugs ir ierosināts ar rentgenstariem, bārija atomi izstaro specifisku fluorescenci, un bārija saturu nosaka, izmērot fluorescences intensitāti.
6. Masas spektrometrija: Masas spektrometriju var izmantot, lai noteiktu bārija izotopu sastāvu un bārija saturu. Šo metodi parasti izmanto augstas jutības analīzei, un tā var noteikt ļoti zemas bārija koncentrācijas. Iepriekš ir minētas dažas bieži izmantotas bārija noteikšanas metodes. Konkrētās metodes izvēle ir atkarīga no parauga veida, bārija koncentrācijas diapazona un analīzes mērķa. Ja jums nepieciešama papildu informācija vai ir citi jautājumi, lūdzu, sazinieties ar mani. Šīs metodes tiek plaši izmantotas laboratorijās un rūpnieciskos lietojumos, lai precīzi un droši izmērītu un noteiktu bārija klātbūtni un koncentrāciju. Konkrētā izmantojamā metode ir atkarīga no izmērāmā parauga veida, bārija satura diapazona un analīzes konkrētā mērķa.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 9. decembris